טכנולוגיה חדשנית מתחום הגאומטריה החישובית שפותחה בטכניון מאפשרת ייצור מסכות אינהלציה ייחודיות לתינוקות

מסכות אינהלציה המותאמות לפניהם של תינוקות, פותחו על ידי פרופסור רון קימל, מומחה לעיבוד מידע תלת ממדי בפקולטה למדעי המחשב בטכניון ופרופסור ישראל עמירב, מומחה לרפואת ריאות מבית החולים “זיו” בצפת

בראש הפרויקט לפיתוח מסכות האינהלציה עומדים פרופסור רון קימל, מומחה לעיבוד תמונות ומידע תלת ממדי ומנהלה של המעבדה לעיבוד גיאומטרי של תמונות (GIP) בטכניון, ופרופסור ישראל עמירב, רופא ילדים המתמחה ברפואת ריאות, מבית החולים “זיו” בצפת.

את הרעיון לפרויקט הגו פרופסור עמירב, ושותפו אסף חלמיש, לאחר שחיפשו דרך לייעל את האופן שבו פעוטות שואפים תרופות המסופקות דרך מסכות האינהלציה. עד כה עוצבו המסכות לפעוטות בדרך של הקטנת מסכות הבוגרים, דבר שהוביל לחוסר התאמה. במקרים רבים נוצרו מרווחים בין המסכה לפני הפעוט, שדרכם החומר שנפלט לאוויר איבד את ייעודו הטיפולי. אי התאמתן של המסכות לפנים גרמה גם לחוסר נוחות והתוצאה הייתה הפחתה ניכרת ביעילות הטיפולים הרפואיים.

“הבעיה היישומית שהציגו עמירב וחלמיש נשמעה מאתגרת ומעניינת וחשוב מכך, רלוונטית לתחום שבו אנו עוסקים, ניתוח צורות גיאומטריות”, הסביר פרופסור קימל את התגייסותו לפרויקט. לפרויקט נרתמו גם הדוקטורנט דן רביב (כיום חוקר כפוסט דוקטורנט באוניברסיטת MIT), ירון חונן ואלון זבירין, מהנדסים במעבדה לעיבוד גיאומטרי של תמונות מהטכניון. הרעיון שבחנו החוקרים היה פשוט בעיקרו – ייצור מסכות שיתאימו לפני הפעוטות בצורה מיטבית.

“ציידנו את הצוות הרפואי בסורקים תלת-ממדיים שפיתחנו במעבדה ושלחנו אותם ללקט גיאומטריית פרצופים (דהיינו, צילום תלת-ממדי של משטח הפנים) של תינוקות במרפאות,” הסביר פרופסור קימל. עמירב וחלמיש אספו מאות דוגמאות המאפיינות גאומטריות של ילדים מגיל ינקות ועד גיל ארבע. בשלב זה נכנס רביב לתמונה וסיווג את מאות התצלומים לשלוש קבוצות אופייניות, על בסיס שיטות חישוביות מתחום הגיאומטריה המטרית.

“המבנה התלת ממדי של פניו של כל תינוק ייחודי ושונה מהאחרים. זאת, אגב, הסיבה שמערכות לזיהוי פנים משפרות את ביצועיהן אם משתמשים במידע תלת ממדי לצד תמונות רגילות.” הסביר פרופסור קימל. “עם זאת, בטווח השינויים האפשריים של המבנה התלת ממדי של פני התינוקות, מצאנו שאפשר לאפיין שלוש קבוצות עיקריות – תהליך זה נקרא אישכול – חלוקת המידע לאשכולות של תצלומים אשר מהווים קבוצות שבהן השינויים קטנים לעין ערוך. לכל אחת מהקבוצות בחרנו את ‘הילד החציוני’ – פרצוף הילד המייצג בצורה מיטבית את הקבוצה שאליה הוא שייך, כמודל לפיו נתכנן את המסכה שאמורה להתאים לכל קבוצה לאחר בחירת הילד המייצג, חיפשנו בכל קבוצה את הילד הרחוק ביותר (במובנים של שינוי גיאומטרי) מהילד הייצוגי ווידאנו חישובית את התאמת המסכה המייצגת גם לפרצופו למרות השינויים. לאחר התאמה מדוקדקת וניתוח התוצאות ‘הדפסנו’ את שלושת הפרצופים החציוניים בעזרת מדפסת תלת-ממדית ועבורם תוכננו מסכות מותאמות כדי לוודא שגם חריגים בכל קבוצה זוכים למענה טוב. הדפסנו בתלת-ממד את פרצופו של הילד החריג ביותר בכל קבוצה, הדפסנו גם את קנה הנשימה, ששוחזר מתמונת טומוגרפיה חישובית (CT),  וכך הרכבנו מודל מושלם של מערכת הנשימה. באופן זה יכולנו לבדוק את איכות האטימה המתקבלת במסכה החדשה על פניו של פעוט גם אם הוא החריג בקבוצה, ולהשוותה לאטימה המתקבלת במסכות הישנות”.

פרופסור עמירב: “החלטנו למדוד פנים של תינוקות רבים ככל האפשר כדי לקבל מושג אמיתי על צורת הפנים וגודלם. לצורך כך, הלכנו לגני ילדים וביקשנו הורים מתנדבים שיסכימו שנצלם את הפעוטות. בתוך כמה שניות נלקחה תמונה תלת ממדית של הפנים ונשמרה במחשב. כך צולמו כ-300 תינוקות. המצלמה והטכנולוגיה שפותחה בפקולטה אפשרה לנו לעשות זאת בצורה פשוטה וידידותית”.

גולת הכותרת של הפרויקט היתה האפשרות להכניס מוצץ לפי התינוק בעודו מרכיב את המסכה. המוצץ נכנס למסכה דרך חריץ מיוחד והתינוק, באמצעות המציצה, מחזיק בעצמו את המסכה צמודה לפניו. “פעולת המציצה מרגיעה את התינוק ומאפשרת לתת את הטיפול דרך חור נוסף במסכה שדרכו מחדירים את התרסיס התרופתי (ארוסול) שאותו נושם התינוק דרך האף”, לדברי פרופסור קימל: “המוצץ מרגיע את התינוק וגם מאפשר להחדיר את התרופה כשהמסכה אטומה לחלוטין.”

“המסכות כבר עברו רישום של ה-FDA (מנהל התרופות האמריקני) וצפויות להיות מיוצרות לשימוש מסחרי. אני מקווה שבקרוב מאוד נראה את המסכות בשימוש ברחבי העולם”, מסכם פרופסור עמירב. ופרופסור קימל מוסיף כי “יעילותן של המסכות החדשות הוכחה כעולה בכל פרמטר על המסכות הקיימות בשוק. וכמו בכל פיתוח רפואי – הסיפוק מכך הוא אדיר.”

בתמונה: דגם של מסכת האינהלציה החדשנית לתינוקות. צילום: ירון חונן, דוברות הטכניון