التكنولوجيا من مجال الهندسة الحاسوبية التي تم تطويرها في التخنيون تمكن من إنتاج أقنعة استنشاق فريدة للأطفال

تم تطوير أقنعة الاستنشاق الملائمة لوجوه الأطفال من قبل البروفيسور رون كيميل، خبير معالجة البيانات ثلاثية الأبعاد في كلية التخنيون لعلوم الكمبيوتر والبروفيسور إسرائيل أميراف، خبير الطب الرئوي في مستشفى "زيف" في صفد

يعرف آباء الأطفال الصغار الذين يحتاجون إلى الاستنشاق النضال المستمر والصعوبة في إقناع الأطفال الصغار بالتعاون وقبول العلاج. قد تؤدي التكنولوجيا المبتكرة في مجال الهندسة الحاسوبية التي تم تطويرها في التخنيون إلى تغيير النهج المتبع في تصميم وإنتاج تلك الأقنعة بالكامل، والتي ستصبح في المستقبل القريب أكثر ودية وأكثر كفاءة.

يرأس مشروع تطوير أقنعة الاستنشاق البروفيسور رون كيميل، خبير معالجة الصور والمعلومات ثلاثية الأبعاد ومدير مختبر معالجة الصور الهندسية (GIP) في التخنيون، والبروفيسور يسرائيل أميراف، طبيب أطفال متخصص في الطب الرئوي. من مستشفى "زيف" في صفد.

فكرة المشروع جاءت من قبل البروفيسور أميراف وشريكه عساف حلميش، بعد البحث عن طريقة لتحسين الطريقة التي يستنشق بها الأطفال الصغار الأدوية المقدمة من خلال أقنعة الاستنشاق. حتى الآن، تم تصميم أقنعة الأطفال الصغار من خلال جعل أقنعة البالغين أصغر حجمًا، مما أدى إلى عدم التطابق. في كثير من الحالات، تم إنشاء فجوات بين القناع أمام الطفل، فقدت من خلالها المادة المنبعثة في الهواء غرضها العلاجي. كما تسبب عدم تطابق الأقنعة مع الوجه في عدم الراحة وكانت النتيجة انخفاضًا كبيرًا في فعالية العلاجات الطبية.

وأوضح البروفيسور كيميل عن مشاركته في المشروع: "إن المشكلة التطبيقية التي قدمها أميراف وحلميش بدت صعبة ومثيرة للاهتمام، والأهم من ذلك، أنها ذات صلة بالمجال الذي نشارك فيه، وهو تحليل الأشكال الهندسية". وانضم إلى المشروع أيضًا طالب الدكتوراه دان رافيف (الذي يبحث حاليًا كزميل ما بعد الدكتوراه في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا)، ويارون هونان وألون زبيرين، المهندسين في مختبر التخنيون للمعالجة الهندسية للصور. كانت الفكرة التي اختبرها الباحثون بسيطة في الأساس، وهي إنتاج أقنعة تناسب الأطفال الصغار بطريقة مثالية.

وأوضح البروفيسور كيميل: "لقد جهزنا الطاقم الطبي بماسحات ضوئية ثلاثية الأبعاد قمنا بتطويرها في المختبر وأرسلناهم لجمع هندسة الوجه (أي صورة ثلاثية الأبعاد لسطح الوجه) للأطفال في العيادات". قام أميراف وحلاميش بجمع مئات الأمثلة التي تميز هندسة الأطفال من الطفولة إلى سن الرابعة. عند هذه النقطة، دخل رافيف إلى الصورة وصنف مئات الصور الفوتوغرافية إلى ثلاث مجموعات مميزة، بناءً على أساليب حسابية من مجال الهندسة المترية.

"إن البنية ثلاثية الأبعاد لوجه كل طفل فريدة ومختلفة عن الآخرين. وهذا، بالمناسبة، هو السبب وراء تحسين أنظمة التعرف على الوجه لأدائها إذا استخدمت معلومات ثلاثية الأبعاد إلى جانب الصور العادية. وأوضح البروفيسور كيميل. "ومع ذلك، في نطاق التغييرات المحتملة للبنية ثلاثية الأبعاد لوجوه الأطفال، وجدنا أنه من الممكن تمييز ثلاث مجموعات رئيسية - تسمى هذه العملية بالتجميع - تقسيم المعلومات إلى مجموعات من الصور الفوتوغرافية التي تشكل المجموعات التي تكون فيها التغييرات صغيرة بالعين المجردة. اخترنا لكل مجموعة "الطفل الوسيط" - وجه الطفل الذي يمثل المجموعة التي ينتمي إليها على النحو الأمثل، كنموذج سنصمم وفقًا له القناع الذي يجب أن يناسب كل مجموعة. وتحققنا حسابيًا من مطابقة المجموعة التي ينتمي إليها. قناع تمثيلي على وجهه رغم التغييرات. بعد المطابقة والتحليل الدقيق للنتائج، قمنا بطباعة الوجوه المتوسطة الثلاثة باستخدام طابعة ثلاثية الأبعاد، وتم تصميم أقنعة مخصصة لها للتأكد من أن حتى القيم المتطرفة في كل مجموعة تتلقى استجابة جيدة. قمنا بطباعة وجه الطفل الأكثر غرابة في كل مجموعة بتقنية ثلاثية الأبعاد، وقمنا أيضًا بطباعة القصبة الهوائية، التي أعيد بناؤها من صورة التصوير المقطعي المحوسب (CT)، وبالتالي قمنا بتجميع نموذج مثالي للجهاز التنفسي. وبهذه الطريقة، يمكننا اختبار جودة الختم الذي تم الحصول عليه باستخدام القناع الجديد على وجه طفل صغير، حتى لو كان الاستثناء في المجموعة، ومقارنته بالختم الذي تم الحصول عليه باستخدام الأقنعة القديمة."

البروفيسور أميراف: "لقد قررنا قياس وجوه أكبر عدد ممكن من الأطفال للحصول على فكرة حقيقية عن شكل وحجم الوجوه. ولهذا الغرض، ذهبنا إلى رياض الأطفال وطلبنا من أولياء الأمور المتطوعين الموافقة على السماح لنا بتصوير الأطفال الصغار. وفي غضون ثوانٍ قليلة، تم التقاط صورة ثلاثية الأبعاد للوجه وحفظها على الكمبيوتر. وتم تصوير حوالي 300 طفل بهذه الطريقة. لقد أتاحت لنا الكاميرا والتكنولوجيا التي تم تطويرها في الكلية القيام بذلك بطريقة بسيطة وودية."

وكان أبرز ما في المشروع هو إمكانية إدخال مصاصة في فم الطفل أثناء ارتداء القناع. تدخل اللهاية إلى القناع من خلال فتحة خاصة ويقوم الطفل، باستخدام اللهاية، بإمساك القناع بالقرب من وجهه. "إن عملية المص تهدئ الطفل وتسمح بإدارة العلاج من خلال فتحة أخرى في القناع يتم من خلالها حقن الرذاذ الطبي (الهباء الجوي) الذي يتنفسه الطفل من خلال الأنف"، بحسب البروفيسور كيميل: "إن اللهاية تهدئ الطفل". ويسمح أيضًا بحقن الدواء عندما يكون القناع مغلقًا تمامًا."

"تم تسجيل الأقنعة بالفعل من قبل إدارة الغذاء والدواء الأمريكية (FDA) ومن المتوقع أن يتم إنتاجها للاستخدام التجاري. ويختتم البروفيسور أميراف قائلاً: "آمل أن نرى الأقنعة قيد الاستخدام في جميع أنحاء العالم قريبًا جدًا". ويضيف البروفيسور كيميل أن "فعالية الأقنعة الجديدة أثبتت تفوقها في كل المعايير على الأقنعة الموجودة في السوق. وكما هو الحال مع أي تطور طبي، فإن الرضا الناتج عن ذلك أمر هائل".