چاپ سه بعدی و یادگیری ماشینی برای بهبود کاشت حلزون با هم متحد می شوند

تیمی از مهندسان و پزشکان از پرینت سه بعدی برای ایجاد کپی پیچیده از حلزون گوش انسان – استخوان توخالی مارپیچی شکل گوش داخلی شنوایی – استفاده کرده‌اند و آن را با یادگیری ماشینی ترکیب کرده‌اند تا پیش‌بینی‌های بالینی “گسترش فعلی” در داخل گوش برای حلزون حلزون را پیش ببرند. بیماران ایمپلنت (CI) “گسترش فعلی” یا انتشار محرک الکتریکی، همانطور که همچنین شناخته شده است، بر عملکرد CI تاثیر می گذارد و منجر به “تاری” شنوایی برای کاربران می شود، اما هیچ مدل آزمایشی کافی برای تکرار این مشکل در حلزون گوش انسان وجود نداشته است.

CI ها زندگی صدها هزار نفر را که از کم شنوایی شدید یا عمیق رنج می برند متحول کرده است. با این حال، کارایی دستگاه پزشکی کاشته شده با جراحی به دلیل “گسترش جریان” – پدیده ای ناشی از رسانایی الکتریکی بالای مایعاتی که در داخل مجاری حلزون قرار دارند، با مشکل مواجه شده است. این مایعات از تحریک دقیق عصب شنوایی کاربر CI جلوگیری می کند و باعث می شود بسیاری از کاربران اعوجاج قابل توجهی در صداهایی که درک می کنند را تجربه کنند.

اندازه و شکل حلزون گوش انسان برای هر فردی منحصر به فرد است و از فردی به فرد دیگر متفاوت است. همراه با موقعیت دشوار و آناتومی پیچیده آن، آن را به یکی از دشوارترین بافت ها برای مطالعه تبدیل می کند و بنابراین، تجزیه و تحلیل مشکل جاری “گسترش فعلی” به راحتی امکان پذیر نیست.

اکنون یک تیم تحقیقاتی بین رشته‌ای توانسته‌اند داده‌های تصویربرداری میدان الکتریکی بیماران کاشت حلزون را به لطف حلزون‌های پرینت سه‌بعدی با الکتروآناتومی قابل تنظیم، تجزیه و تحلیل کنند. مدل‌های پرینت سه‌بعدی به محققان این امکان را می‌دهد تا بررسی کنند که چگونه شکل حلزون و خاصیت الکتریکی حلزون بیومیمتیک بر «گسترش جریان» اندازه‌گیری شده در تصویربرداری میدان الکتریکی تأثیر می‌گذارد. هنگامی که با یادگیری ماشین ترکیب شود، این روش مدل سازی مشترک می تواند “گسترش فعلی” را در کاربران کاشت حلزون پیش بینی کند و برای اولین بار، محدوده مقاومت بافت حلزون را برون یابی کند. نتایج در مجله گزارش شده است ارتباطات طبیعت.

خانم ایک من لی، نویسنده اصلی این مطالعه و دکترا. دانشجوی گروه تحقیقاتی Biointerface در کمبریج، گفت: “کتابخانه ما از مدل های حلزون پرینت سه بعدی، طیفی از هندسه هایی را که لومن حلزون انسان می تواند بگیرد و با ماتریس های استخوانی الکترومیمتیک طراحی شده است که مقاومت های واقعی استخوان را تکرار می کند. مدل های حلزون پرینت سه بعدی طراحی شده است. همچنین دارای خاصیت مکانیکی مناسب برای قرار دادن چندین الکترود CI است. مفهوم مدل‌سازی مشترک «چاپ و یادگیری» ما می‌تواند به رمزگشایی چگونگی تأثیر ویژگی‌های مختلف حلزون گوش بیمار بر انتشار محرک کمک کند.

پروفسور منوهار بنس، استاد گوش‌شناسی و جراحی قاعده جمجمه، از بیمارستان آدنبروک، گفت: «گام‌های بعدی استفاده از این رویکرد مدل‌سازی مشترک برای درک تصویربرداری میدان الکتریکی بیمار در حالت‌های مختلف بیماری مانند اتواسکلروز (یک بیماری نادر است که باعث کاهش شنوایی می‌شود). این به ما کمک می کند تا بفهمیم که آیا رسانایی حلزونی متفاوتی در حالات بیماری وجود دارد که می تواند منجر به تحریک ناخواسته ساختارهای دیگر مانند عصب صورت شود یا خیر. همچنین به ما کمک می کند تا بیمارانی را که احساسات غیرعادی صوتی را تجربه می کنند، تشخیص دهیم. اگر مسیرهای رسانای آنها متفاوت است.در تصویر بزرگتر، ما قصد داریم از اینجا به چاپ کل سرهای آنالوگ الکتریکی بپردازیم تا مسیرهای فعلی از ایمپلنت به الکترود زمین روی ایمپلنت را درک کنیم تا شرایط in vivo را بهتر تقلید کنیم. “

دکتر شری هوانگ، دانشیار مهندسی زیستی و رهبر گروه گروه تحقیقاتی Biointerface در کمبریج، گفت: “همه ما از قدرت فوق العاده هوش مصنوعی (AI) آگاه هستیم، اما هوش مصنوعی باید یادگیری خود را از مجموعه ای خوب شروع کند. داده‌ها. به دلیل حفظ حریم خصوصی بیمار، ایمنی بیمار و نگرانی‌های اخلاقی، داده‌های بالینی مستند و مشخص شده به‌طور کلی به سختی به دست می‌آیند. بنابراین، چاپ سه بعدی ابزار قدرتمندی برای ایجاد مدل‌های فیزیکی است که ممکن است مجموعه داده‌های آموزشی به خوبی مشخص‌شده را به عنوان هدف ارائه دهد. جایگزینی برای داده‌های بالینی برای یادگیری ماشین ساخته شده است. اصل مدل‌سازی مشترک نشان‌داده‌شده در این مطالعه می‌تواند برای پرداختن به سایر حوزه‌های مدل‌سازی بالینی و کاربردهای مراقبت‌های بهداشتی مفید باشد.”