ویلسون گریت‌بچ ؛ جرقه‌ای از نبوغ در قلب مهندسی پزشکی

ویلسون گریت‌بچ (Wilson Greatbatch) یکی از برجسته‌ترین و تاثیرگذارترین مخترعان در حوزه مهندسی پزشکی است که اختراع او جان میلیون‌ها نفر را در سراسر جهان نجات داده و بهبود بخشیده است. وی (زاده ۶ سپتامبر ۱۹۱۹ و درگذشته ۲۷ سپتامبر ۲۰۱۱)، یک مهندس برق، مخترع پیشگام آمریکایی و یک انسان‌دوست تمام‌عیار بود. نام او برای همیشه با یکی از بزرگ‌ترین دستاوردهای مهندسی پزشکی قرن بیستم، یعنی نخستین ضربان‌ساز (Pacemaker) قلب قابل کاشت، گره خورده است. اختراع او نه تنها یک پیشرفت تکنولوژیک بود، بلکه انقلابی در درمان بیماری‌های قلبی به شمار می‌رفت که بقا و کیفیت زندگی را برای میلیون‌ها بیمار در سراسر جهان تغییر داد. این نوشته به بررسی زندگی‌نامه، مسیرشغلی، و میراث ماندگار این چهره‌ی تاثیرگذار می‌پردازد.

سال‌های اولیه زندگی و شکل‌گیری یک مخترع
تولد و تحصیلات

ویلسون گریت‌بچ در شهر بوفالو، نیویورک، در خانواده‌ای مهاجر متولد شد. از همان دوران کودکی، علاقه و ذوق فطری او به دستکاری وسایل و یادگیری نحوه عملکرد آن‌ها آشکار بود. او در شانزده سالگی، مجوز رادیوی آماتوری خود را دریافت کرد که نشان‌دهنده شیفتگی زودهنگام او به الکترونیک و ارتباطات بود.

با شروع جنگ جهانی دوم، گریت‌بچ در سال ۱۹۳۶ به خدمت نیروی دریایی آمریکا درآمد. او به عنوان سرپرست بی‌سیم هواپیمایی (Aviation Chief Radioman) خدمت کرد و در جبهه‌های اقیانوس اطلس و آرام به فعالیت پرداخت. خدمت نظامی تجربیات ارزشمندی در زمینه الکترونیک و حل مسئله در شرایط دشوار به او آموخت.

پس از پایان جنگ در سال ۱۹۴۵، گریت‌بچ با استفاده از قانون “جی. آی. بیل” (GI Bill) که به سربازان سابق، برای تحصیل کمک مالی می‌کرد، در دانشگاه معتبر کورنل پذیرفته شد. او در سال ۱۹۵۰ با مدرک مهندسی برق (B.E.E.) از این دانشگاه فارغ‌التحصیل شد. تحصیلات عالی او در دانشگاه بوفالو ادامه یافت و در سال ۱۹۵۷ مدرک کارشناسی ارشد خود را در رشته مهندسی برق از آنجا دریافت کرد. این زمینه‌ی تخصصی در مهندسی برق، او را برای کشف سرنوشت‌ساز زندگی‌اش آماده کرد.

مسیر شغلی پیش از اختراع بزرگ

گریت‌بچ پس از فارغ‌التحصیلی، مدتی به عنوان مهندس درآزمایشگاه هوانوردی کورنل مشغول به کار شد. سپس، بین سال‌های ۱۹۵۳ تا ۱۹۵۷، به عنوان استادیار مهندسی برق در دانشگاه بوفالو به تدریس و پژوهش پرداخت. درهمین دوران بود که او به دنبال راهی برای بهبود ابزارهای پزشکی و به ویژه دستگاه‌های ضبط ریتم قلب بود. او در این مرحله، مدیر بخش الکترونیک در شرکت “تیبر اینسترومنت”
(Taber Instrument Corporation) نیز بود.

خلق یک اختراع نجات‌بخش؛ ضربان‌ساز قابل کاشت
اشتباه سرنوشت‌ساز

لحظه‌ای که مسیر زندگی گریت‌بچ و تاریخ مهندسی پزشکی را تغییر داد، در سال ۱۹۵۶ در آزمایشگاه دانشگاه بوفالو رخ داد. گریت‌بچ مشغول ساخت یک مدار نوسان‌ساز برای ضبط صدای تپش قلب (مخصوصاً تاکی‌کاردی) بود. در یک اشتباه ساده و در عین حال سرنوشت‌ساز، به جای یک مقاومت ۱۰ کیلو اهم، به طور تصادفی یک مقاومت ۱ مگا اهم را در مدار قرار داد.
نتیجه این اشتباه، تولید یک سیگنال الکتریکی متناوب بود: یک پالس الکتریکی به مدت ۱.۸ میلی‌ثانیه، و سپس یک مکث به مدت ۱ ثانیه، و این ریتم تکرار می‌شد. گریت‌بچ بلافاصله متوجه شد که این الگوی ضربانی، دقیقاً ریتم یک قلب انسان سالم را تقلید می‌کند! در واقع، این اشتباه یک دستگاه ساده ضبط‌ کننده را به یک دستگاه محرک قلب تبدیل کرده بود.

توسعه و همکاری

گریت‌بچ با درکی عمیق از پتانسیل این کشف، کار بر روی تبدیل این مدار به یک دستگاه پزشکی قابل استفاده را آغاز کرد. در آن زمان، دستگاه‌های تنظیم ضربان قلب موجود، حجیم و به اندازه یک تلویزیون بود و بیمار باید به طور دائم به آن‌ها متصل می‌شد. هدف گریت‌بچ ساخت یک دستگاه کوچک‌تر، قابل حمل و در نهایت قابل کاشت در بدن انسان بود.

او دو سال را صرف اصلاح و کوچک‌سازی دستگاه کرد. در نهایت، با همکاری دکتر ویلیام چاردک (William Chardack)، جراح ارشد بیمارستان امور کهنه‌سربازان بوفالو، دستگاه نهایی خود را توسعه داد. در سال ۱۹۵۸، اولین آزمایش موفقیت‌آمیز کاشت ضربان‌ساز گریت‌بچ و چاردک بر روی یک حیوان انجام شد.

اولین کاشت انسانی و ثبت اختراع

در سال ۱۹۶۰، گریت‌بچ با استفاده از پس‌انداز شخصی خود، ۵۰ دستگاه ضربان‌ساز دست‌ساز ساخت. در ماه آوریل همان سال، اولین ضربان‌ساز کاملاً قابل کاشت توسط دکتر چاردک در بدن یک بیمار ۷۷ ساله کاشته شد. این بیمار برای حدود ۱۸ ماه با کمک این دستگاه زندگی کرد، که در آن زمان یک موفقیت بی‌نظیر محسوب می‌شد.

در سال ۱۹۶۲، گریت‌بچ حق اختراع (پتنت) خود را برای ضربان‌ساز قابل کاشت با شماره ۳,۰۵۷,۳۵۶ ثبت کرد. این اختراع، آغازگر یک عصر جدید در کاردیولوژی بود. در همان سال، شرکت “مدترونیک” (Medtronic) برای تولید انبوه این دستگاه، مجوز استفاده از حق اختراع گریت‌بچ را دریافت کرد.

نوآوری‌های پس از ضربان‌ساز ؛ باتری لیتیومی
چالش باتری

پس از موفقیت ضربان‌ساز ، گریت‌بچ با یک چالش بزرگ روبرو شد: عمرباتری. اولین دستگاه‌ها با باتری‌های جیوه-روی کار می‌کرد که عمر کوتاهی داشت و بیمار را مجبور می‌کرد که برای تعویض باتری تحت عمل‌های جراحی مکرر قرار گیرد. این محدودیت، اثربخشی دستگاه را به شدت کاهش می‌داد.

اختراع باتری لیتیوم-یدید

گریت‌بچ که خود را یک مخترع مادام‌العمر می‌دانست، تصمیم گرفت بر روی منبع انرژی ضربان‌ساز تمرکز کند. در اوایل دهه ۱۹۷۰، او با همکاری یک شرکت تحقیقاتی کوچک، موفق به توسعه و تولید نوع جدیدی از باتری با آند لیتیومی و کاتد یدید شد که از یک الکترولیت جامد و خودترمیم‌شونده بهره می‌برد.

این اختراع، که به باتری لیتیوم-یدید گریت‌بچ معروف شد، یک پیشرفت عظیم بود. با ولتاژ ۲.۸ ولت و تراکم انرژی بالا، این باتری بسیار کارآمد بود و مهم‌تر از همه، می‌توانست بیش از ۱۰ سال بدون نیاز به تعویض در بدن کار کند. باتری لیتیوم-یدید گریت‌بچ به سرعت به استاندارد صنعتی برای تمام ضربان‌سازها و بسیاری از دیگر دستگاه‌های پزشکی قابل کاشت تبدیل شد. این نوآوری به تنهایی یکی از بزرگ‌ترین عوامل در گسترش پذیرش و استفاده از ضربان‌سازها بود.

تأسیس شرکت‌ها
برای تولید و عرضه نوآوری‌های خود، گریت‌بچ چندین شرکت تأسیس کرد:

:Wilson Greatbatch, Incorporated در سال ۱۹۷۰ برای تولید باتری‌های با عمر طولانی برای ضربان‌سازها تأسیس شد. این شرکت بعداً به (.Greatbatch, Inc) و در حال حاضر به عنوان (Integer Holdings Corporation تبدیل و به یکی از تأمین‌کنندگان اصلی باتری و قطعات برای صنعت دستگاه‌های پزشکی بدل شد.
او همچنین شرکت‌های دیگری مانند Greatbatch Gen-Aid, Ltd. را برای تمرکز بر زمینه‌هایی مانند ژنتیک کشاورزی و پزشکی و Greatbatch Enterprises, Incorporated را برای پیگیری تحقیقات بر روی انرژی هسته‌ای همجوشی (Fusion) تأسیس کرد.

افتخارات، علایق جانبی و میراث ماندگار
بیش از ۳۲۵ حق اختراع

ویلسون گریت‌بچ یک مخترع پرکار بود. او در طول زندگی خود، بیش از ۳۲۵ حق اختراع ملی و بین‌المللی را در زمینه‌های مختلف ثبت کرد. علاوه بر ضربان‌ساز و باتری لیتیومی، او بر روی موضوعاتی مانند انرژی خورشیدی (مانند ساخت یک قایق‌رانی با نیروی خورشیدی)، ایده‌هایی برای نیروی همجوشی هسته‌ای با هلیوم-۳ و حتی تحقیقاتی در مورد درمان ایدز کار کرد. او خود را یک مهندس می‌دانست که به طور بین رشته‌ای در الکترونیک پزشکی، الکتروشیمی باتری‌ها، و ژنتیک کشاورزی فعالیت می‌کرد.

جوایز و افتخارات برجسته
خدمات گریت‌بچ به جامعه مهندسی و پزشکی با جوایز و افتخارات متعددی همراه بود:

مدال ملی فناوری و نوآوری (National Medal of Technology and Innovation) در سال ۱۹۹۰: این جایزه بالاترین افتخار فناوری در ایالات متحده است که توسط رئیس جمهور به او اهدا شد.

جایزه یک عمر دستاورد لمِلسون-اِم‌آی‌تی (Lemelson-MIT Prize) در سال ۱۹۹۶: یکی از مهم‌ترین جوایز برای مخترعان آمریکایی.

عضویت در تالار مشاهیر ملی مخترعان (National Inventors Hall of Fame) در سال ۱۹۸۶: به پاس خدمات وی به جامعه بشری.

در سال ۱۹۸۳، انجمن ملی مهندسین حرفه‌ای، اختراع ضربان‌ساز قابل کاشت را به عنوان یکی از دو سهم بزرگ مهندسی در جامعه طی ۵۰ سال گذشته انتخاب کرد.

مرگ و میراث

ویلسون گریت‌بچ در ۲۷ سپتامبر ۲۰۱۱ در سن ۹۲ سالگی درگذشت. میراث او فراتر از یک اختراع است. گریت‌بچ با دیدگاه بین رشته‌ای خود، نشان داد که چگونه تلفیق مهندسی برق و علوم پزشکی می‌تواند به راه‌حل‌هایی منجر شود که مستقیماً جان انسان‌ها را نجات می‌دهند. اختراع او و بهبود منبع تغذیه‌اش، موجب شده است تا میلیون‌ها نفر با بیماری‌های جدی قلبی بتوانند زندگی تقریباً عادی و طولانی‌مدتی داشته باشند.

او در طول زندگی خود متواضع بود و در مورد اختراع خود گفته بود:
“من به طور جدی تردید دارم که هر کاری که تا به حال انجام دهم، بتواند شادی‌ای را که آن روز، هنگامی که قطعه دو اینچ مکعبی از طراحی الکترونیکی خودم، یک قلب زنده را کنترل می‌کرد، احساس کردم، به من بدهد.”

پیامی برای مهندسان پزشکی

ویلسون گریت‌بچ تجسم یک مهندس حقیقی بود؛ فردی که از علم و خطا، از کنجکاوی و از یک اشتباه تصادفی، برای حل یکی از حادترین مشکلات پزشکی زمان خود استفاده کرد. زندگی او برای هر مهندس پزشکی یک الگو است: نه تنها در جستجوی نوآوری باشید، بلکه به دنبال راه‌حل‌هایی باشید که واقعاً زندگی انسان‌ها را لمس کند. ضربان‌ساز او یک شاهکار مهندسی است که تپش زندگی را برای میلیون‌ها قلب، از نو آغاز کرده است.

منبع: ماهانه مهندسی پزشکی