Investigadores de la University of Southern California (USC) han desarrollado sensores MRI flexibles impresos en 3D que pueden fabricarse a medida para bebés y niños en menos de 10 minutos por un costo aproximado de 30 USD. En pruebas, estos dispositivos han logrado producir un contraste de imagen aproximadamente cuatro veces superior al de las bobinas comerciales estándar.

¿Cómo resuelven el problema de ajuste en pacientes pequeños?

Las máquinas de resonancia magnética (MRI) dependen de bobinas que funcionan como antenas, capturando las señales generadas por la respuesta del cuerpo a los campos magnéticos y ondas de radio. Cuanto más ajustada esté la bobina al área escaneada, más nítida será la imagen resultante. Sin embargo, la mayoría de las bobinas se fabrican en tamaños estándar para adultos, y un ajuste deficiente en cuerpos pequeños o en rápido crecimiento puede debilitar la señal y desenfocar la imagen. Aunque el equipo personalizado ha sido la solución tradicional, este puede costar miles de dólares y requerir meses o años de producción, lo cual es inviable para pacientes cuyos cuerpos cambian de forma en cuestión de semanas.

Yasser Khan, profesor asistente de ingeniería eléctrica, computación e ingeniería biomédica en la USC Viterbi School of Engineering, lideró este esfuerzo desde su laboratorio en el USC Michelson Center for Convergent Bioscience. "Al hacer que el equipo de MRI personalizado sea más rápido y económico de producir, tenemos el potencial de ofrecer mejores imágenes a pacientes que tradicionalmente han tenido menos opciones, especialmente bebés y niños", señaló Khan.

De tinta de plata a material similar a la piel

El equipo de Khan dedicó cerca de tres años a desarrollar un proceso de fabricación que imprime tinta conductora de plata directamente sobre un elastómero termoplástico, un material suave y elástico con propiedades mecánicas similares a la piel humana. La bobina terminada puede estirarse aproximadamente entre un 5% y un 10%, permitiéndole flexionarse y moverse con el cuerpo del paciente en lugar de permanecer rígida contra él. Lograr esto requirió probar múltiples materiales flexibles, plásticos y formulaciones de metal imprimible antes de decidirse por la combinación de tinta de plata y elastómero, además de construir electrónica personalizada para conectar las bobinas al hardware de MRI existente.

Debido a que cada bobina comienza como un archivo digital, sus dimensiones pueden ajustarse en un computador y reimprimirse casi de inmediato, eliminando la espera de que un fabricante fabrique una pieza física nueva. "Para un niño en crecimiento, eso podría significar crear bobinas diferentes a medida que su cuerpo cambia", explicó Khan, añadiendo que el objetivo es contar con equipos de imagen "diseñados para sus cuerpos, de modo que los médicos puedan obtener la imagen más clara posible a medida que crecen".

Junto con tecnología de imagen especializada en el Michelson Center, los sensores también han demostrado potencial para capturar anatomía en movimiento rápido, incluyendo el latido de un corazón.

Construido sobre colaboración interdisciplinaria

El proyecto combinó la experiencia de dos laboratorios: el trabajo de Khan en electrónica flexible y vestible, y el Dynamic Imaging Science Center (DISC), dirigido por Krishna Shrinivas Nayak, que desarrolla métodos de MRI para visualizar el cuerpo en movimiento utilizando lo que los investigadores describen como un sistema de MRI único en su tipo. El aporte clínico provino de John Wood, director de MRI cardiovascular en el Children’s Hospital Los Angeles, cuya experiencia en imágenes cardíacas infantiles, incluyendo la imagen fetal en tiempo real, ayudó a guiar dónde la tecnología podría tener el mayor impacto.

"Necesitamos entornos donde diferentes ideas puedan colisionar", afirmó Khan. "Este proyecto no habría ocurrido sin el acceso a la resonancia magnética y las conversaciones con cardiólogos, radiólogos y científicos de imagen".

Un largo camino hacia dispositivos para cuerpos pequeños

Los sensores de la USC son el ejemplo más reciente de un patrón en la investigación de dispositivos médicos pediátricos, donde los investigadores rediseñan el proceso de fabricación para que los dispositivos puedan construirse directamente alrededor de la anatomía del niño.

Los dispositivos pediátricos integrados con sensores construidos de esta manera no son nuevos en la investigación de impresión 3D. La University of Lincoln desarrolló un brazo protésico impreso en 3D y operado por sensores para niños pequeños menores de dos años, construido a partir de escaneos 3D del antebrazo para evitar el uso del modelado con yeso, que consume mucho tiempo. Este es un enfoque similar al de la USC para reemplazar la fabricación genérica lenta por una fabricación digital rápida y personalizada.

Un paralelo más cercano apareció cuando investigadores del University College London construyeron un pequeño sensor impreso en 3D para probar respuestas cerebrales en recién nacidos, diseñando un dispositivo vestible seguro para la cara del bebé y probándolo en infantes de apenas unos días de vida. Al igual que las bobinas de la USC, el dispositivo dependía de una fabricación de precisión a una escala que los métodos de fabricación estándar no podían alcanzar fácilmente.

En conjunto, estos proyectos señalan un cambio constante: la impresión 3D es cada vez más la herramienta a la que recurren los investigadores cuando el paciente es simplemente demasiado pequeño para que el equipo existente se ajuste correctamente.

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Vía 3D Printing Industry.