პროექტი: „ულტრაბგერული მდგარი ტალღის მეთოდით მკურნალობა და ინოვაციური SMART ტექნოლოგიით მონიტორინგი პარკინსონის დაავადებაზე“

ავტორები: მარიამ ნინუა, მარიამ უმანკოშვილი, მარიამ გულაშვილი, არჩილ მიქელაძე, გიორგი გოგატიშვილი

პროგრამა: სამედიცინო ინჟინერია, SMART ტექნოლოგიები, ხელოვნური ინტელექტი

მენტორი: დავით სონღულაშვილი

ათასწლეულის ინოვაციების კონკურსი, 2020 წელი - ფინალი და L O A D I N G ... 

პარკინსონის დაავადება, რომელიც პირველად ჯეიმს პარკინსონმა აღწერა 1817 წელს თავის მონოგრაფიაში „კანკალა დამბლის“ სახელით,  პროგრესირებადი ნეიროდეგენერაციული დაავადებაა. იმის მიუხედავად, რომ პარკინსონის დაავადება ტრადიციულად მიჩნეულია მოტორული სისტემის დარღვევად, დღესდღეობით ის განიხილება, როგორც კომპლექსური მდგომარეობა მრავალფეროვანი კლინიკური გამოვლინებით, რაც მოიცავს ნეირო-ფსიქიატრიულ და სხვა არამოტორულ გამოვლინებებს მოტორულ დარღვევებთან ერთად. 

ტრემორისა და ბრადიკინეზიის გარდა პარკინსონის დაავადებას ახასიათებს მრავალი არამოტორული დარღვევა : მაგალითად კოგნიტური დისფუნქცია და დემენცია, ფსიქოზი და ჰალუცინაციები, ხასიათის ცვლილებები, დეპრესია, აპათია, რის გამოც ექიმისთვის ანამნეზის სწორად შეკრება, მკურნალობის შედეგების შეფასება და მდგომარეობის მონიტორინგი მეტად რთულ ამოცანას წარმოადგენს და მხოლოდ პაციენტის მონათხრობზე დაყრდნობა მდგომარეობის ობიექტურად შეფასების საშუალებას არ იძლევა.

ციფრული ტექნოლოგიების საუკუნეში დიდი მნიშვნელობა ენიჭება ნებისმიერი პროცესის გამარტივებას. პარკინსონის დაავადების მქონე პაციენტის ვიზიტი ექიმთან მონიტორინგისთვის დაკავშირებულია როგორც მატერიალურ, ისე არამატერიალურ რესურსებთან არა მხოლოდ პაციენტის, არამედ მისი მეურვის მხრიდან. მონიტორინგის ჩვენს მიერ შემოთავაზებული მეთოდი გამორიცხავს პაციენტის სუბიექტური შეფასების ალბათობას და იძლევა ტრემორზე უშუალო დაკვირვების საშუალებას გაზომვადი პარამეტრების საშუალებით, როგორც სიფხიზლის, ისე ძილის პერიოდში დროის ნებისმიერ მონაკვეთში, დისტანციურად. 

პროექტის ფარგლებში შეიქმნა:

1. პარკინსონის ერთ-ერთი ყველაზე ხშირი მოტორული გამოვლინების-ტრემორის-იგივე კიდურის კანკალის მონიტორინგისთვის smart ხელთათმანი.

2. არანაკლებ ხშირი გამოვლინების - ბრადიკინეზიის - ანუ მოძრაობის შენელების მონიტორინგის სისტემა.

3. სამი პროგრამული უზრუნველყოფა ზემოთ აღნიშნული მონიტორინგის სისტემებისთვის.

4. შემუშავდა პარკინსონის დაავადების მკურნალობის სრულიად ახალი ტექნოლოგია -„ულტრაბგერითი პინცეტის ეფექტი“, რომელიც ფოკუსური (წერტილოვანი) მკურნალობის საშუალებას იძლევა.

ტრემორის(კიდურის კანკალი) მონიტორინგისა და სიხშირის გასაზომად შეიქმნა უნივერსალური „SMART ხელთათმანი“ , რომელშიც ჩაშენებულია ტენზორეზისტორი. ტენზორეზესტორი წარმოადგენს სენსორს, რომლის წინაღობის ცვლილება დამოკიდებულია მის დეფორმაციაზე, რადგან დეფორმაციისას იცვლება გამტარის განიკვეთის ფართობი და შესაბამისად წინაღობა. ეს უკანასკნელი კი იწვევს ძაბვის გამყოფზე ძაბვის ცვლილებას. რაც მას ნიშნავს, რომ ძაბვის ვლილების სიხშირე და ამპლიტუდა პირდაპირ პროპორციულია ტრემორის ამპლიტუდის და სიხშირის. მიკროპროცესორის მიერ მონაცემთა გადამუშავების შემდეგ, მონიტორზე აისახება ტრემორის გამოსახულება, სიხშირე და ამპლიტუდა. 

ბრადიკინეზიის, ანუ მოძრაობის შენელების მონიტორინგიოსათვის ვიყენებთ შავ ხელთათმანს, რომელზედაც დამაგრებულია ყვითელი (კონტრასტული) ფერის ღილაკი, იგი მორგებული აქვს პაციენტს და გადააადგილებს შავი ფერის დაფაზე. შექმნილის სპეციალური პროგრამა, რომელიც არის ბრადიკინეზიის ტესტირებისთვის, სადაც შემთხვევითობის პრინციპით ინთება 4 ნათურიდან ერთ-ერთი და პაციენტი ვალდებულია, რამდენად სწრაფადაც შეუძლია დააჭიროს ანთებულ ნათურას. ასევე შეიქმნა დაფა, რომელზეც პაციენტი თავისი ხელით მოქმედებს. პროგრამა მილიწამებში ანგარიშობს მინიმალურ და მაქსიმალურ დაყოვნების დროს. განსაკუთრებით აღვნიშნავთ, რომ ისევე, როგორც ტრემორის პროგრამა, ეს პროგრამაც იმახსოვრებს თითოეული პაციენტის შედეგს, რაც საშუალებას გვაძლევს დროის რაღაც მონაკვეთში დავაკვირდეთ მკურნალობის ეფექტურობას. ბრადიკინეზის მონიტორინგისთვის დაიწერა პროგრამული კოდი Microsoft Visual Basic -ში, Open Source Computer Vision Library - გამოყენებით. რომელიც უზრუნველყოფს კონტრასტული გამოსახულებების ფილტრაციას. 

მოძრაობის ტრაექტორიის აღმოსაჩენად, ერთგვაროვან ფონზე მკვეთრად განსხვავებული ფერის ობიექტი უნდა გადაადგილბოდეს.   სწორედ ამ პრინციპს დაუქვემდებარეთ ჩვენს მიერ შექმნილი ბრადიკინეზიის მონიტორინგი, სადაც შავ ფონზე ყვითელწერტილიანი შავი ხელთათმანი გადაადგილედება. რომლის ფარდობითი კოორდინეტები გადაეცემა ActionScript 3.0 (AS3)-ში შედგენილ ვიზუალიზაციის პროგრამას, რომელიც განკუთვნილია დისტანციური დიაგნისტიკისათვის, სწორედ ამ უკანასკნელზე გამოისახება მკურნალობის შედეგი, რომელიც გამოიხატება ტრაექტორიის წრფივობაში და კიდურის მოძრაობის დროის ინტერვალების შემცირებაში.

წარმოდგენილი მონიტორინგის სისტემებისათვის შესაძლებელია ერთი და იგივე ხელთათმანის გამოყენება, იგი არის უნივერსალური და ზუსტ ინფორმაციას აწვდის ექიმს, როგორც დისტანციურად, ასევე უშუალოდ, დაავადების მიმდინარეობის შესახებ. 

მოგეხსენებათ, პარკინსონის დაავადება პროგრესირებადი ნეიროდეგენერაციული პროცესია. მთელს მსოფლიოში მიმდინარეობს მრავალმხრივი მუშაობა, როგორც მედიკამენტოზური, ისე აპარატული და ქირურგიული მკურნალობის მეთოდების გასაუმჯობესებლად. მკურნალობის ყველა მეთოდს თავისი გვერდითი ეფექტი გააჩნია. ამ დროისათვის მინიმალურად ინვაზიური მეთოდია ფოკუსირებული ულტრაბგერის გამოყენება (MRT კონტროლით). მეთოდის უპირატესობა ისაა, რომ ამ დროს მნიშვნელოვნადაა შემცირებული ინფიცირების რისკი, მდგომარეობა დაუყოვნებლივ უმჯობესდება და ეს გაუმჯობესება ხანგრძლივია, მეთოდი არ გულისხმობს მაიონებელ დასხივებას, ტვინში უცხო სხეულის იმპლანტაციას, რის გამოც მცირეა თრომბის წარმოქმნის რისკი, მცირდება წამალზე დამოკიდებულება და უმჯობესდება ცხოვრების ხარისხი, თუმცა მკურნალობის ეს მეთოდი გარკვეულ რისკებთან მაინც არის დაკავშირებული, რადგან ძირითადი სირთულე ულტრაბგერის ზუსტი მიმართვაა სამიზნე წერტილამდე. 

მოგეხსენებათ დაავადებული ქსოვილი ცოცხალი ორგანიზმის ნაწილია  და ის ორგანიზმში მიმდინარე სხვადასხვა პროცესების გამო არ არის უძრავი, ამიტომ ულტრაბგერითი დასხივებისას, სხივი მოქმედებს არა მარტო სამიზნე უბანზე, არამედ შესაძლებელია მოხვდეს მის ირგვლივ მდებარე ქსოვილებსაც და უნებლიედ გამოიწვიოს მათი დაზიანება. სწორედ ეს წარმოადგენს მსოფლიოში აპრობირებული ულტრაბგერითი დასხივების მთავარ ხარვეზს.

პროექტის მთავარი მიზანი და ინოვაციურობა სწორედ იმაში მდგომარეობს, რომ მდგარი ტალღის გენერატორის გამოყენებით მაქსიმალურად შევამციროთ დევიაციის პროცესი, გავაშეშოთ სამიზნე უბანი და რისკი სხვა ქსოვილების დაზიანების - მინიმუმამდე დავიყვანოთ! 

მდგარი ტალღა წარმოადგენს ორი ერთნაირი სიხშირისა და ამპლიტუდის, ერთმანეთის შემხვედრად მოძრავი ტალღების ინტერფერენციის შედეგს. მდგარ ტალღაში ადგილი არ აქვს ენერგიის გადატანას, რადგან მის შემქმნელ პირდაპირ და უკუ ტალღებს გადააქვთ ერთნაირი რაოდენობის ენერგია საპირისპირო მიმართულებით. წერტილებს, სადაც რხევის ამპლიტუდა 0-ის ტოლია, მდგარი ტალღის კვანძები ეწოდებათ. კვანძების რაოდენობა დამოკიდებულია ტალღის სიხშირეზე. ბგერითი ტალღის კვანძებში აკუსტიკური წნევა 0-ს უახლოვდება, რაც იმას ნიშნავს, რომ როგორც თქვენ იხილეთ მათ აქვთ ობიექტის მიტაცების უნარი.

სწორედ ეს მეთოდი იქნა გამოყენებული დაზიანებული ქსოვილის დევიაციის შესამცირებლად და ობიექტის საბოლოო გაშეშებისათვის. 

რადგან, მდგარ ტალღას გააჩნია ქსოვილის მიტაცების უნარი, ხატოვნად რომ ვთქვათ, ჩვენ შევქმენით „ულტრაბგერითი პინცეტი“ (მდგარი ტალღა), რომლის კვანძებშიც მიზიდულია ის უბანი, რომელიც საჭიროებს სტიმულაციას. სწორედ ამის შემდეგ, ძალიან დიდი სიზუსტით შესაძლებელია ფოკუსირებული ულტრაბგერითი დასხივება და რისკების მინიმუმამდე დაყვანა - რაც თავის მხრივ რევოლუციურ ტექნოლოგიას წარმოადგენს! 

 -----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

 „ჩვენ შევქმენით რეალურთან მაქსიმალურად მიახლოებული თავის ქალის მოდელი. გამოყენებული გვაქვს ულტრაბგერითი სკანირებისათვის საჭირო გელი, მასში ჩაძირულია ულტრაბგერითი გამომსხივებელი, რომელიც მდგარ ტალღას არეკვლის საშუალებით წარმოქმნის. გამომსხივებელზე მოთავსებულია რეალური ტვინის ქსოვილი, მასში გადის მდგარი ტალღა, რომლის სიხშირის ცვლილებითაც შეგვიძლია დავაფიქსიროთ სამიზნე უბანი“.

ეს არის ცოცხალი პროცესი, რომელსაც თვალს ვადევნებთ ციფრული მიკროსკოპის საშუალებით, ეკრანზე ჩანს მდგარი ტალღის მოქმედების დროს ერთ წერტილში როგორ კონცენტრირდება სამიზნე უბანი, ხოლო ტალღის მოქმედების შეწყვეტისას კვლავ პირვანდელ მდგომარეობას უბრუნდება. 

და ბოლოს, შეჯამებისათვის, შექმნილი და დაპატენტებულია ტრემორისა და ბრადიკინეზიის 24 საათიანი მონიტორინგის სისტემები, რომელთა გამოყენებაც შესაძლებელია როგორც ექიმისა და პაციენტის უშუალო ურთიერთობისას, ისე დისტანციურად, რაც განსაკუთრებით აქტუალურია დღევანდელ რეალობაში. და მეორე - დღეისათვის არსებულ მკურნალობის მეთოდს - ფოკუსირებული ულტრაბგერით ზემოქმედებას დავამატეთ მდგარი ტალღის ეფექტი, რასაც ჩვენ ვუწოდეთ „ულტრაბგერითი პინცეტი“. 

დღეს დამდგარმა რეალობამ დაგვანახა, რამდენად დიდი გამოწვევების წინაშე შეიძლება დადგეს მედიცინა და 21-ე საუკუნეში და რამდენად მნიშვნელოვანია ტექნოლოგიების განვითარება ადამიანის ჯანმრთელობისა და სიცოცხლის გადასარჩენად. ჩვენ ვაქციეთ ეს გამოწვევა შესაძლებლობად!

#STEM EDUCATION

#SEIT ACADEMY