帕金森病是一種神經退行性疾病，影響著全球約1000萬人，是僅次于阿爾茨海默病的第二大常見神經退行性疾病。然而，對于如此普遍的疾病來說，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似疾病。相反，該病需要“臨床”診斷，這意味著醫(yī)生會根據患者的病史、癥狀和體格檢查來確定他們是否患有該病。然而，這些方法通常無效，并且缺乏客觀的定量標準。

加州大學洛杉磯分校(UCLA)的一支研究團隊正在開發(fā)一種替代方案：3D打印診斷筆。帕金森病的癥狀因人而異，但最常見的癥狀包括震顫、動作遲緩和僵硬。書寫是一個融合認知、感知和精細運動技能的過程，而這些技能都會受到帕金森病的影響。通過分析筆跡模式，用戶可以獲得診斷所需的重要信息和定量生物特征標記。

帕金森病患者用3D打印筆寫字（圖片來源：Jun Chen via The Guardian）

用于檢測帕金森病的3D打印工具

加州大學洛杉磯分校的研究人員并非首批設想開發(fā)帕金森診斷筆的人。傳統(tǒng)的筆跡分析工具，例如數字手寫板，已被廣泛使用。這些工具專門用于追蹤和分析筆跡軌跡，但它們往往會忽略書寫過程中出現的運動癥狀。此外，這些工具價格昂貴且安裝復雜，難以在非臨床環(huán)境中廣泛實施和使用。研究人員還考慮到了低收入國家，因為他們面臨著帕金森診斷?？瀑Y源有限以及神經科醫(yī)生數量不足的問題。

因此，加州大學洛杉磯分校的團隊著手設計一種更易于使用的工具，以提供更定量的結果。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微書寫動作轉換為高保真?zhèn)鞲行盘?，用于自供電筆跡分析。考慮到可擴展性，他們?yōu)楣P身設計了一個簡單的筆身結構，可以通過3D打印高效生產。團隊使用Stratasys F123 Composite-Ready FDM 3D打印機打印了筆身。

這支筆如何使用？

當用戶用筆書寫時，壓力會使筆尖變形，從而通過磁致彈性效應（磁致彈性是指材料在應力作用下磁性的變化）導致磁通量發(fā)生偏移。磁通量的變化，加上書寫過程中磁流體墨水的運動，會在筆簧中產生電壓信號。其原理是，當帕金森病患者用筆書寫時，電壓信號會顯示出正常書寫中不存在的異常——手部震顫會導致額外的微小尖峰。換句話說，筆跡被轉換成電信號，以量化書寫中的不規(guī)則性。

加州大學洛杉磯分校的研究團隊利用這支筆進行了一項初步研究，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寫文字，并畫出波浪線和螺旋線來捕捉動作。之后，研究人員利用機器學習模型對參與者的筆跡信號進行分類。經過訓練，其中一個模型能夠區(qū)分帕金森病患者，平均準確率高達96.22%。

3D打印筆的圖形表示（圖片來源：UCLA）

后續(xù)步驟Next steps

為了將這支3D打印筆投入實際使用，研究人員需要進行進一步測試。由于加州大學洛杉磯分校的研究僅涉及16名參與者，因此需要對更大、更多樣化的群體進行測試，以驗證這支筆作為診斷工具的有效性。此外，《衛(wèi)報》援引牛津大學臨床神經科學副教授克里斯塔利娜·安東尼亞德斯（Chrystalina Antoniades，未參與這項研究）的話稱，雖然這支筆可以作為帕金森病的良好指標，但臨床醫(yī)生應該使用多種生物標志物進行診斷。她解釋說：“這支筆可以診斷書寫問題，這只是我們在患者身上看到的眾多癥狀之一。但它可以補充我們已有的發(fā)現，檢測出一些可能難以察覺的癥狀?！?/span>

雖然顯然還需要進一步研究，但該設備似乎有望成為一種促進帕金森病更早、更準確診斷的工具。點擊此處閱讀加州大學洛杉磯分校的完整研究。

圖片來源：3Dnatives

編譯整理：3dnatives