帕金森病是一種神經(jīng)(jīng)退行性疾病，影響著(zhù)全球約1000萬(wàn)人，是僅次于阿爾茨海默病的第二大常見(jiàn)神經(jīng)(jīng)退行性疾病。然而，對于如此普遍的疾病來(lái)說(shuō)，診斷卻十分困難。然而，某些檢查，例如核磁共振成像或血液檢查，可以確診該病或排除其他類(lèi)似疾病。相反，該病需要“臨床”診斷，這意味著(zhù)醫(yī)生會(huì )根據(jù)患者的病史、癥狀和體格檢查來(lái)確定他們是否患有該病。然而，這些方法通常無(wú)效，并且缺乏客觀(guān)的定量標(biāo)準(zhǔn)。

加州大學(xué)(xué)洛杉磯分校(UCLA)的一支研究團(tuán)隊(duì)正在開(kāi)發(fā)(fā)一種替代方案：3D打印診斷筆。帕金森病的癥狀因人而異，但最常見(jiàn)的癥狀包括震顫、動(dòng)(dòng)作遲緩和僵硬。書(shū)寫(xiě)是一個(gè)(gè)融合認(rèn)知、感知和精細(xì)運(yùn)動(dòng)(dòng)技能的過(guò)程，而這些技能都會(huì )受到帕金森病的影響。通過(guò)分析筆跡模式，用戶(hù)可以獲得診斷所需的重要信息和定量生物特征標(biāo)記。

帕金森病患者用3D打印筆寫(xiě)字（圖片來(lái)源：Jun Chen via The Guardian）

用于檢測帕金森病的3D打印工具

加州大學(xué)(xué)洛杉磯分校的研究人員并非首批設(shè)想開(kāi)發(fā)(fā)帕金森診斷筆的人。傳統(tǒng)的筆跡分析工具，例如數(shù)字手寫(xiě)板，已被廣泛使用。這些工具專(zhuān)門(mén)用于追蹤和分析筆跡軌跡，但它們往往會(huì )忽略書(shū)寫(xiě)過(guò)程中出現(xiàn)的運(yùn)動(dòng)(dòng)癥狀。此外，這些工具價(jià)(jià)格昂貴且安裝復(fù)雜，難以在非臨床環(huán)(huán)境中廣泛實(shí)(shí)施和使用。研究人員還考慮到了低收入國家，因?yàn)樗麄兠媾R著(zhù)帕金森診斷?？瀑Y源有限以及神經(jīng)(jīng)科醫(yī)生數(shù)量不足的問(wèn)題。

因此，加州大學(xué)(xué)洛杉磯分校的團(tuán)隊(duì)著(zhù)手設(shè)計(jì)一種更易于使用的工具，以提供更定量的結(jié)果。最終成果是一支診斷筆，它采用磁彈性筆尖和磁流體墨水，能夠靈敏地將筆跡表面和空中的細(xì)微書(shū)寫(xiě)動(dòng)(dòng)作轉(zhuǎn)換為高保真?zhèn)鞲行盤(pán)?，用于自供電筆跡分析?？紤]到可擴(kuò)展性，他們?yōu)楣P身設(shè)計(jì)了一個(gè)(gè)簡(jiǎn)單的筆身結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)3D打印高效生產(chǎn)(chǎn)。團(tuán)隊(duì)使用Stratasys F123 Composite-Ready FDM 3D打印機(jī)打印了筆身。

這支筆如何使用？

當(dāng)用戶(hù)用筆書(shū)寫(xiě)時(shí)(shí)，壓力會(huì )使筆尖變形，從而通過(guò)磁致彈性效應(yīng)（磁致彈性是指材料在應(yīng)力作用下磁性的變化）導(dǎo)致磁通量發(fā)(fā)生偏移。磁通量的變化，加上書(shū)寫(xiě)過(guò)程中磁流體墨水的運(yùn)動(dòng)(dòng)，會(huì )在筆簧中產(chǎn)(chǎn)生電壓信號。其原理是，當(dāng)帕金森病患者用筆書(shū)寫(xiě)時(shí)(shí)，電壓信號會(huì )顯示出正常書(shū)寫(xiě)中不存在的異常——手部震顫會(huì )導(dǎo)致額外的微小尖峰。換句話(huà)說(shuō)，筆跡被轉(zhuǎn)換成電信號，以量化書(shū)寫(xiě)中的不規(guī)則性。

加州大學(xué)(xué)洛杉磯分校的研究團(tuán)隊(duì)利用這支筆進(jìn)(jìn)行了一項(xiàng)初步研究，共有16名參與者參與，其中3人患有帕金森病。參與者在平面和空中書(shū)寫(xiě)文字，并畫(huà)出波浪線(xiàn)和螺旋線(xiàn)來(lái)捕捉動(dòng)(dòng)作。之后，研究人員利用機(jī)器學(xué)(xué)習(xí)模型對參與者的筆跡信號進(jìn)(jìn)行分類(lèi)。經(jīng)(jīng)過(guò)訓(xùn)練，其中一個(gè)(gè)模型能夠區(qū)分帕金森病患者，平均準(zhǔn)確率高達(dá)96.22%。

3D打印筆的圖形表示（圖片來(lái)源：UCLA）

后續(xù)步驟Next steps

為了將這支3D打印筆投入實(shí)(shí)際使用，研究人員需要進(jìn)(jìn)行進(jìn)(jìn)一步測試。由于加州大學(xué)(xué)洛杉磯分校的研究?jì)H涉及16名參與者，因此需要對更大、更多樣化的群體進(jìn)(jìn)行測試，以驗(yàn)證這支筆作為診斷工具的有效性。此外，《衛(wèi)報(bào)》援引牛津大學(xué)(xué)臨床神經(jīng)(jīng)科學(xué)(xué)副教授克里斯塔利娜·安東尼亞德斯（Chrystalina Antoniades，未參與這項(xiàng)研究）的話(huà)稱(chēng)，雖然這支筆可以作為帕金森病的良好指標(biāo)，但臨床醫(yī)生應(yīng)該使用多種生物標(biāo)志物進(jìn)(jìn)行診斷。她解釋說(shuō)：“這支筆可以診斷書(shū)寫(xiě)問(wèn)題，這只是我們在患者身上看到的眾多癥狀之一。但它可以補(bǔ)充我們已有的發(fā)(fā)現(xiàn)，檢測出一些可能難以察覺(jué)的癥狀?！?/span>

雖然顯然還需要進(jìn)(jìn)一步研究，但該設(shè)備似乎有望成為一種促進(jìn)(jìn)帕金森病更早、更準(zhǔn)確診斷的工具。點(diǎn)(diǎn)擊此處閱讀加州大學(xué)(xué)洛杉磯分校的完整研究。

圖片來(lái)源：3Dnatives

編譯整理：3dnatives