עבור אנשים רבים, הפרעות במערכת העיכול (GI) הן תנאים כרוניים ומשנים חיים. עם זאת, למרות שכיחותם, לרוב מאתגרים רופאים על ידי חולים הסובלים מתסמינים מתמשכים ללא שום דרך לזהות ולאבחן במדויק מחלות.
ליי שי של אוניברסיטת קנסאו, עוזר פרופסור להנדסת מכונות במכללה הפוליטכנית הדרומית להנדסה והנדסה טכנולוגית (SPCEET), פועל לשינוי זה. Shi נתמך על ידי מענק הקרן הלאומית למדע הלאומי (NSF), ומוביל פרויקט מחקר שיכול לשנות את אופן האבחנה ומטופלים בהפרעות GI באמצעות העתקים וירטואליים של בטן אנושית.
מחקר זה אישי עבורי. חוויתי את בעיות הבטן בעצמי, ואני יודע כמה הם יכולים להיות משבשים. אנשים רבים חשים אי נוחות, בחילה או בעיות עיכול, אך לאחר אנדוסקופיה או הדמיה, אומרים להם שהכל נראה נורמלי. אנחנו רוצים להבין מה קורה ברמה עמוקה יותר. "
ליי שי, עוזר פרופסור להנדסת מכונות, המכללה הפוליטכנית הדרומית להנדסה והנדסה, אוניברסיטת קנסאו
הגישה של שי מבוססת על שתי הנחות עיקריות. ראשית, שינויים מיקרוסקופיים בתכונות המכניות של הקיבה יכולים להתקיים גם כאשר האיבר נראה תקין. שנית, שיבושים בדפוסי האיתות החשמליים הטבעיים של הקיבה יכולים לשנות את האופן בו הוא מתכווץ ומזיז אוכל. על ידי שילוב של הדמיה רפואית מתקדמת, בדיקות ביומכניקה ומודלים חישוביים, צוותו מפתח "תאומים דיגיטליים" ספציפיים למטופלים. תאומים אלה הם מודלים וירטואליים של בטן של אדם המדמים גם את המבנה הפיזי שלו ואת פעילותו החשמלית.
המחקר כולל שיתוף פעולה עם שני רופאים באוניברסיטת אמורי, המספקים לשיי נתונים, כולל סריקות CT, תמונות אנדוסקופיה ומדידה מיוחדת בשם Manometry, המתעדת שינויי לחץ ועיוות בקיבה ובוושט. במעבדת הביומכניקה האינטליגנטית שלו בקמפוס Marietta של KSU, שי וצוותו משלבים נתונים אלה במודלים תלת -ממדיים, ואז מנהלים בדיקות ביומכניות כמו מתיחה ובדיקות ביאקסיאליות כדי לקבוע את קשיחות הרקמה וגמישותה.
"שתי בטן אולי נראות זהות, אבל האחד עשוי להיות נוקשה בעוד שהשני רך. ההבדל הזה משפיע על האופן בו הוא נע," אמר שי. "על ידי שילוב של תכונות מכניות עם דפוסי פעילות חשמלית, אנו יכולים ליצור מודל שמתנהג ממש כמו האיבר האמיתי."
התאומים הדיגיטליים הללו עשויים להיות בעלי השלכות מרחיקות לכת. לא רק שהם יכלו לעזור לאתר שינויים עדינים בבטן שהכלים הנוכחיים מפספסים, אלא שהם יכלו לשמש גם כבדיקה לתכנון טיפול.
"המחקר החדשני של ד"ר שי מדגים את כוחה של שיתוף פעולה ליצור חיים טובים יותר לכולם." אמר דין לורנס ויטמן. "על ידי מיזוג הנדסה, מדעי המחשב ורפואה, לעבודתו יש פוטנציאל לשנות הן הבנה מדעית והן טיפול בחולים."
הראייה של שי לא נעצרת בבטן. המטרות שלו כוללות הרחבת הדוגמנות לכל דרכי ה- GI מוושט למעי ולימוד האינטראקציה שלה עם מערכות אחרות, כמו ציר המוח-מעי. הוא גם מתכנן לשלב למידת מכונות כדי להאיץ ניתוח ותחזית. על ידי יישום שיעורים שנלמדו מהעבודה הקודמת שלו דוגמנות הלב, הרחם וצוואר הרחם, שי מקווה להאיץ את ההתקדמות ולפתח פלטפורמה וירטואלית ללימוד תפקוד העיכול.
התלמידים ממלאים גם תפקיד חשוב במאמץ זה. ל- SHI יש כרגע דוקטורט. סטודנט העובד על הפרויקט ומגייס חוקר דוקטורט נוסף שיצטרף לצוות. עם היקף כה גדול וגישה לציוד מעבדה מתקדם, הפרויקט מספק ניסיון מעשי יקר עבור מהנדסים וחוקרים עתידיים.
"מה שהכי מרגש אותי הוא שהעבודה חורגת מקידוד והדמיות," אמר יו לי, דוקטורט. סטודנט עובד עם שי. "יש לי הזדמנות ללמוד ניסויים מכניים ממקור ראשון ולתרום נתונים המסייעים לאמת את המודלים שלנו, מה שהופך את המחקר למשמעותי באמת."
