Los fantasmas no son solo figuras fantasmales de nuestra imaginación, también son modelos numéricos o físicos que representan características humanas y proporcionan una forma económica de probar aplicaciones electromagnéticas. Madera de Sossena, un doctorado en bioingeniería candidato en la Universidad de Pittsburgh, ha desarrollado una cabeza fantasma realista para la investigación de resonancia magnética en la Escuela de Ingeniería de Swanson.

Wood comenzó su mandato en Pitt como estudiante de pregrado en el Departamento de Ingeniería Eléctrica e Informática, donde conoció a Tamer Ibrahim, profesor asociado de bioingeniería. Ella comenzó a investigar en su laboratorio, el Centro de Investigación de Radiofrecuencia (RF), durante su último año y ahora está terminando su disertación incorporando una investigación similar como estudiante de posgrado en el Departamento de Bioingeniería.

Ibrahim imaginó el diseño de una cabeza fantasma impresa en 3-D para usar con la tecnología de campo ultra alto de diseño exclusivo en su laboratorio. "En la instalación de investigación de RF, utilizamos un generador de imágenes de resonancia magnética de 7 Tesla de cuerpo entero (7T MRI), que es uno de los dispositivos clínicos de resonancia magnética humana más potentes del mundo, ", dijo Ibrahim. La tecnología de campo ultra alto 7T es una herramienta poderosa, pero desafortunadamente, hay algunos contratiempos que vienen con este tipo de imágenes.

"A medida que pasa de los campos inferiores a los superiores, las imágenes producidas se vuelven menos uniformes y el calentamiento localizado se vuelve más frecuente, ", explicó Ibrahim." Queríamos desarrollar una cabeza fantasma antropomórfica para ayudarnos a comprender mejor estos problemas al proporcionar una forma más segura de probar las imágenes. Usamos el dispositivo para analizar, evaluar, y calibrar la instrumentación y los sistemas de resonancia magnética antes de probar nuevos protocolos en seres humanos ".

Actualmente, los investigadores están utilizando simulaciones numéricas para estudiar el efecto de los campos electromagnéticos (EM) en los tejidos biológicos a distintas frecuencias. Wood dijo:"El modelado numérico EM ha sido un estándar al analizar estas interacciones, y queríamos crear un fantasma que se asemejara a la forma humana para usarlo en la validación del modelado EM, proporcionando así un entorno más realista para las pruebas ".

Antes de que Wood pudiera imprimir la estructura 3-D, tuvo que hacer un trabajo computacional para construir el plano digital del modelo. Comenzó con un conjunto de datos de resonancia magnética 3T de un hombre sano, que caracterizó por la segmentación y se dividió en ocho compartimentos de tejido, una característica que diferencia su modelo de otras cabezas fantasma básicas. Según Wood, Estos compartimentos ayudan a mejorar la precisión de la imagen al actuar como una especie de "tope de velocidad" para el campo.

Después de los preparativos computacionales, Wood usó un escáner de resonancia magnética para producir una imagen digital en 3-D de la cabeza de un hombre sano y ejecutó su modelo a través de un diseño asistido por computadora. que es el software utilizado para crear, modificar, analizar, y optimizar un diseño.

El siguiente paso fue imprimir el prototipo, que tardó tres semestres en completarse. "Utilizamos un plástico desarrollado por DSM Somos para nuestro material de impresión porque nos permitió crear piezas duraderas y detalladas con una conductividad similar a la del cuerpo humano, ", dijo Wood." Para ayudar al modelo a imitar aún más un entorno real, Creamos puertos de llenado en el prototipo donde podemos depositar fluidos que se asemejan a varios tipos de tejidos ".

Ahora que Wood tiene una cabeza fantasma antropomórfica completamente impresa, ella es capaz de ensamblarlo y comenzar a probar. El fantasma tiene muchas aplicaciones, incluidas pruebas para ver si ciertos implantes pueden entrar en una resonancia magnética o detectar el aumento de temperatura en diferentes tejidos según varios instrumentos de RF.

"Con imágenes de RM, la energía de la exposición a RF se transforma en calor en el tejido del paciente, que puede tener efectos perjudiciales para la salud del paciente, especialmente con los implantes si no son monitoreados por el escáner "explicó Wood". Con nuestra cabeza fantasma, podemos probar la seguridad de nuestras imágenes colocando sondas dentro de ciertas regiones de la cabeza y midiendo los efectos, "dijo Ibrahim.

Ibrahim y Wood esperan que este modelo eventualmente se desarrolle comercialmente y brinde a otros la capacidad de realizar investigaciones sin depender de pruebas en humanos.