Как аддитивные технологии и 3D-сканер от SHINING 3D помогают изучать работу мозга

В январе этого года профессор Ноттингемского университета Мэттью Брукс получил научную премию за проект компактного, носимого магнитоэнцефалографа — прибора для изучения электрической активности мозга. Немаловажную роль в создании усовершенствованного устройства сыграли технологии 3D-печати и 3D-сканер EinScan H от SHINING 3D. Рассказываем, о чем думал ученый, когда создавал этот прибор.

Новый прибор повышает эффективность изучения работы центральной нервно системы при выполнении различных повседневных задач — от ручного письма до спортивных упражнений. В этом смысле разработка профессора Брукса намного более универсальна, чем громоздкие и чрезвычайно дорогие МЭГ-установки со сверхпроводниковыми квантовыми интерферометрами, ограничивающие движения — во время наблюдения пациент или подопытный должен сидеть максимально неподвижно, чтобы встроенные в массивное оборудование датчики плотно прилегали к голове.

Типичный стационарный магнитоэнцефалограф

Разработка нового прибора велась в течение шести лет, в настоящее время система готовится к клиническим испытаниям в Торонто на юных пациентах с эпилепсией. В отличие от традиционных МЭГ-установок здесь датчиками служат компактные магнитометры с лазерной оптической накачкой. Вопрос лишь в том, как точно распределить эти датчики по поверхности черепа, ведь головы у всех разные как по размеру, так и по форме. Особенно ярко выражена разница между взрослыми и детьми, что затрудняет обследование маленьких пациентов на установках, сконструированных под взрослых. В новой системе проблема решается за счет 3D-печати шлемов разных размеров со стандартными посадочными местами под датчики. Именно поэтому клиническую эффективность нового прибора и планируют проверить в детских больницах.

Ранние прототипы 3D-печатных МЭГ-шлемов

Возможности кастомизации даже с использованием аддитивных технологий ограничены, так как 3D-печать шлемов с индивидуальным расположением датчиков на основе МРТ-снимков пациентов была бы слишком затратной и долгой. Здесь на помощь пришли уже технологии 3D-сканирования. Профессор Брукс и его команда используют 3D-сканер EinScan H для оцифровки голов пациентов, а затем используют стандартизированные 3D-печатные шлемы подходящих размеров. Сопоставление данных 3D-сканирования и магнитно-резонансной томографии помогает определять какие именно датчики измеряют активность в нужных отделах мозга без необходимости в переделке всего прибора под череп конкретной формы.

3D-сканер EinScan H

EinScan H — это гибридный ручной 3D-сканер с двумя источниками излучения — светодиодами в видимом и инфракрасном диапазоне. Последний хорошо подходит для оцифровки людей, так как не раздражает глаза и не может стать возбудителем эпилептических приступов, что особенно важно в этом примере. Разрешение сканирования достигает 0,05 мм с объемной точностью на уровне 0,1 мм/м. Система позволяет получать плотные облака точек, конвертируемые в полигональные сетки, по которым можно определить относительное расположение датчиков.

«Наша группа в Ноттингеме вместе с партнерами из Университетского колледжа Лондона в настоящее время продвигает это исследование не только для того, чтобы изучать функционирование мозга, но и для коммерциализации разработанного нами оборудования», — прокомментировал профессор Брукс.

Профессор Мэттью Брукс рассказывает про новый прибор: