Fantasmas não são apenas figuras fantasmagóricas de nossa imaginação, eles também são modelos numéricos ou físicos que representam características humanas e fornecem uma maneira barata de testar aplicações eletromagnéticas. Sossena Wood, um doutorado em bioengenharia candidato na Universidade de Pittsburgh, desenvolveu uma cabeça fantasma realista para pesquisa de ressonância magnética na Swanson School of Engineering.

Wood começou seu mandato na Pitt como estudante de graduação no Departamento de Engenharia Elétrica e de Computação, onde conheceu Tamer Ibrahim, professor associado de bioengenharia. Ela começou a pesquisar em seu laboratório, o Centro de Pesquisa de Radiofrequência (RF), durante seu último ano e agora está terminando sua dissertação incorporando pesquisas semelhantes como uma estudante de graduação no Departamento de Bioengenharia.

Ibrahim imaginou projetar uma cabeça fantasma impressa em 3-D para usar com a tecnologia de campo ultra-alto com design exclusivo em seu laboratório. "No RF Research Facility, usamos um imageador de ressonância magnética 7 Tesla de corpo inteiro (ressonância magnética 7T), que é um dos mais fortes dispositivos de ressonância magnética humana clínica do mundo, "disse Ibrahim. A tecnologia de campo ultra-alto 7T é uma ferramenta poderosa, mas infelizmente, existem alguns contratempos que vêm com esse tipo de imagem.

"À medida que você passa dos campos inferiores para os superiores, as imagens produzidas se tornam menos uniformes e o aquecimento localizado se torna mais prevalente, "explicou Ibrahim." Queríamos desenvolver uma cabeça fantasma antropomórfica para nos ajudar a entender melhor essas questões, fornecendo uma maneira mais segura de testar a imagem. Usamos o dispositivo para analisar, Avalie, e calibrar os sistemas de ressonância magnética e instrumentação antes de testar novos protocolos em seres humanos. "

Os pesquisadores estão atualmente usando simulações numéricas para estudar o efeito dos campos eletromagnéticos (EM) em tecidos biológicos em frequências variadas. Wood disse, "A modelagem numérica EM tem sido um padrão ao analisar essas interações, e queríamos criar um fantasma que se assemelhasse à forma humana para uso na validação da modelagem EM, proporcionando assim um ambiente mais realista para o teste. "

Antes que Wood pudesse imprimir a estrutura 3-D, ela teve que fazer um trabalho computacional para construir o projeto digital para o modelo. Ela começou com um conjunto de dados de ressonância magnética 3T de um homem saudável, que ela caracterizou por segmentação e dividiu em oito compartimentos de tecido, um recurso que diferencia seu modelo de outras cabeças fantasmas básicas. De acordo com Wood, esses compartimentos ajudam a melhorar a precisão da imagem, agindo como uma espécie de "lombada" para o campo.

Após os preparativos computacionais, Wood usou um scanner de ressonância magnética para produzir uma imagem digital 3-D da cabeça de um homem saudável e executou seu modelo por meio de design auxiliado por computador, que é o software usado para criar, modificar, analisar, e otimizar um design.

A próxima etapa foi imprimir o protótipo, que levou três semestres para ser concluído. “Usamos um plástico desenvolvido pela DSM Somos para nosso material de impressão porque nos permitiu criar peças duráveis ​​e detalhadas com uma condutividade semelhante ao corpo humano, "disse Wood." Para ajudar o modelo a imitar ainda mais um ambiente real, criamos portas de enchimento no protótipo, onde podemos depositar fluidos que se assemelham a vários tipos de tecido. "

Agora que Wood tem uma cabeça fantasma antropomórfica totalmente impressa, ela é capaz de montá-lo e começar o teste. O fantasma tem muitas aplicações, incluindo testes para ver se certos implantes são capazes de entrar em uma ressonância magnética ou detectar o aumento da temperatura em diferentes tecidos com base em vários instrumentos de RF.

"Com imagens de ressonância magnética, a energia da exposição à RF é transformada em calor no tecido do paciente, o que pode ter efeitos prejudiciais à saúde do paciente, especialmente com implantes se não monitorados pelo scanner ", explicou Wood." Com nossa cabeça fantasma, podemos testar a segurança de nossa imagem colocando sondas dentro de certas regiões da cabeça e medindo os efeitos, "disse Ibrahim.

Ibrahim e Wood esperam que esse modelo seja eventualmente desenvolvido comercialmente e forneça a outros a capacidade de realizar pesquisas sem depender de testes em humanos.