Nature子刊：加州大學(xué)推出低成本3D打印人工智能磁筆，可用于診斷早期帕金森病

2025年6月4日，南極熊獲悉，加州大學(xué)洛杉磯分校(UCLA)的研究人員發(fā)明了一支 3D 打印筆，可以檢測筆跡中的細微震顫，為診斷帕金森病提供了潛在的工具。

整體裝置由陳俊教授領(lǐng)導(dǎo)開發(fā)，依靠磁性粒子和電信號記錄與神經(jīng)退行性疾病相關(guān)的細微運動。陳教授解釋說，這支筆通過測量書寫時產(chǎn)生的電信號來量化書寫過程中的震顫。

研究團隊的成果以題為“Neural network-assistedpersonalized handwriting analysis for Parkinson’s disease diagnostics”的論文發(fā)表在《自然化學(xué)工程》雜志上。

論文鏈接：https://doi.org/10.1038/s44286-025-00219-5

研究表明，這種低成本的筆式系統(tǒng)可能是一種實用的診斷選擇，尤其是在缺乏先進醫(yī)療檢測的地區(qū)。陳教授表示，3D 打印筆系統(tǒng)非常經(jīng)濟高效，低收入國家也能完全使用，他預(yù)計這套系統(tǒng)最終將與智能手機應(yīng)用程序連接，以簡化分析。

△磁致彈性診斷筆的設(shè)計和工作原理。圖片來自加州大學(xué)洛杉磯分校。

重新思考全球疾病的診斷

帕金森病影響著全球超過1000萬人，其癥狀包括震顫、肌肉僵硬和動作遲緩，這些癥狀通常出現(xiàn)得比較慢。加州大學(xué)洛杉磯分校的研究團隊表示，早期發(fā)現(xiàn)是獲得更好治療和支持的關(guān)鍵，但診斷通常依賴于主觀評估或昂貴的生物標(biāo)志物檢測，而這些檢測需要先進的設(shè)備和訓(xùn)練有素的專業(yè)人員。

為了應(yīng)對這些挑戰(zhàn)，加州大學(xué)洛杉磯分校的研究團隊設(shè)計了一款3D打印筆，特點是柔軟的硅膠筆尖內(nèi)嵌磁性顆粒，并搭配了一種含有細小顆粒的墨水，這些顆粒在筆尖移動時會對磁場做出反應(yīng)。當(dāng)人們書寫或繪畫時，筆尖的磁性會發(fā)生變化，從而在筆內(nèi)的線圈中產(chǎn)生電壓。

這些電壓變化會產(chǎn)生電信號，追蹤書寫時手部的運動。在研究中，參與者在表面和空中繪制波浪線、螺旋線等形狀，或書寫字母，同時筆會記錄下精確的運動模式。

隨后，研究團隊使用機器學(xué)習(xí)模型分析記錄的信號，并識別可能指向帕金森病的模式。在一項有16名參與者（其中3名患有帕金森�。﹨⑴c的小型試點研究中，其中一個模型在識別健康參與者和帕金森病患者方面的平均準確率超過96.22%。

雖然這些初步結(jié)果看起來很有希望，但一些專家認為需要更多的數(shù)據(jù)來證實智能磁筆作為診斷工具的潛力。

牛津大學(xué)臨床神經(jīng)科學(xué)副教授克里斯塔利娜·安東尼亞德斯博士指出，雖然筆跡變化可能是帕金森病的征兆，但也必須考慮其他癥狀。她表示，這支筆可以作為一種額外的診斷工具，而非一個完整的解決方案。

此外，英國帕金森協(xié)會研究傳播經(jīng)理貝基·瓊斯表示，這種筆式方法令人鼓舞，但她指出這項研究的規(guī)模較小。她指出，目前還沒有針對帕金森病的單一檢測方法，而筆跡變化可以作為早期線索。瓊斯呼吁開展更大規(guī)模、更多樣化的研究，以更好地了解這種方法如何幫助更早、更準確地診斷。

△神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)輔助個性化筆跡分析用于帕金森病診斷，并進行了人體試驗研究。圖片來自加州大學(xué)洛杉磯分校。

帕金森病治療中的3D打印研究

除了加州大學(xué)洛杉磯分校的研究之外，3D 打印技術(shù)還被應(yīng)用于帕金森病的其他研究中，研究其如何增強治療和藥物輸送。

2020年，英國工程公司雷尼紹與制藥專家Herantis Pharma完成了1-2期臨床試驗，以研究一種治療帕金森病的新型藥物輸送裝置。裝置采用3D打印鈦金屬端口和植入式導(dǎo)管，旨在將腦多巴胺神經(jīng)營養(yǎng)因子（CDNF）直接輸送至大腦。當(dāng)時，共有17名患者參與，他們接受安慰劑或每月一次的CDNF治療，持續(xù)六個月。初步結(jié)果表明，該裝置安全精準，為治療提供了一種頗具前景的方案。

幾年前，諾丁漢大學(xué)的科學(xué)家和葛蘭素史克（GSK）證明，噴墨3D打印與紫外線固化相結(jié)合可以生產(chǎn)固體口服劑型藥物。在他們的研究中，他們使用改進的Dimatix Materials 打印機 DMP-2850制作了 25 片鹽酸羅匹尼羅（一種用于治療不安腿綜合征 (RLS) 和帕金森病的藥物）片劑。這種方法可以精確、低成本地生產(chǎn)具有控釋特性的片劑。研究團隊表示，這種方法可以為個性化醫(yī)療和小規(guī)模臨床試驗打開大門，并且可以更輕松地調(diào)整片劑形狀和藥物輸送特性。