شاشة الموجات فوق الصوتية اللاسلكية جاهزة للتمرين - عالم الفيزياء

صمم باحثون في الولايات المتحدة محول طاقة بالموجات فوق الصوتية ينقل المعلومات لاسلكيًا ويمكن ارتداؤه بشكل مريح على الجلد، مما يتغلب على عيبين رئيسيين في الأجهزة السابقة. طورت بواسطة مويانج لين, شنغ شو وزملاؤه في جامعة كاليفورنيا سان دييغو (UCSD)، يمكن استخدام محول الطاقة الجديد لمراقبة المرضى الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية الخطيرة، وكذلك لمساعدة الرياضيين على متابعة تدريباتهم.

تعمل محولات الطاقة بالموجات فوق الصوتية عن طريق إرسال موجات صوتية عالية التردد إلى الجسم، ثم اكتشاف الموجات المنعكسة من الأنسجة التي لها كثافات وخصائص صوتية مختلفة. على مدى العقود العديدة الماضية، أدت التحسينات التي تم إدخالها على تصميمات المسبار والدوائر، بالإضافة إلى خوارزميات أفضل لمعالجة إشارات الموجات فوق الصوتية، إلى إنتاج محولات طاقة يمكن أن تتوافق مع طيات جلد الشخص. وقد سمح ذلك للأجهزة بقياس إشارات الموجات فوق الصوتية بشكل مستمر، وهو أمر مفيد بشكل خاص لمراقبة نبض الأوردة والشرايين.

كان الباحثون في مختبر شو تحقيقات الموجات فوق الصوتية التي يمكن ارتداؤها والتي تم تطويرها مسبقًا يمكنها مراقبة العديد من المؤشرات الفسيولوجية للأنسجة العميقة، بما في ذلك ضغط الدم وتدفق الدم وحتى تصوير القلب. ومع ذلك، كانت التكنولوجيا لديها بعض أوجه القصور. "هذه المجسات القابلة للارتداء كلها موصلة بآلة ضخمة للطاقة وجمع البيانات، وسوف تتغير في الوضع النسبي أثناء حركة الإنسان، مما يجعلها تفقد مسار الأهداف"، يوضح لين، وهو طالب دكتوراه في هندسة النانو في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو والمؤلف الرئيسي لبحث. ورقة في طبيعة التكنولوجيا الحيوية على الجهاز.

وبسبب هذه العيوب، يمكن لأجهزة استشعار الموجات فوق الصوتية المستمرة السابقة أن تمنع بشكل خطير حركة مرتديها. كما أنها تتطلب تعديلات متكررة أثناء تحرك مرتديها.

الموجات فوق الصوتية غير مقيدة

ولمعالجة هذه المشاكل، قام فريق جامعة كاليفورنيا في سان دييغو بتطوير جهاز جديد يعتمد على دائرة تحكم مصغرة ومرنة تتفاعل مع مجموعة من محولات الطاقة. يجمع هذا الجهاز إشارات الموجات فوق الصوتية ولكنه لا يعالجها مباشرة. وبدلاً من ذلك، يقوم بنقلها لاسلكيًا إلى جهاز كمبيوتر أو هاتف ذكي، والذي يعالجها باستخدام التعلم الآلي.

يوضح لين: "لقد طورنا خوارزمية لتحليل الإشارة تلقائيًا واختيار القناة التي تحتوي على أفضل إشارة على الأنسجة المستهدفة المتحركة". "وبالتالي، فإن الإشارات الصادرة من الأنسجة المستهدفة مستمرة، حتى أثناء حركة الإنسان."

اختبر الباحثون هذه القدرة باستخدام الجهاز لتتبع موضع الشريان السباتي للإنسان أثناء مراقبة نبض الدم بداخله. يزود هذا الشريان الدم إلى الرأس والرقبة، لذلك قاموا بتدريب الخوارزمية على التعرف على الإزاحات الناجمة عن الحركات المختلفة لرأس الشخص.

على الرغم من أن الفريق قام بتدريب الخوارزمية على موضوع واحد فقط، إلا أن خوارزمية التكيف المتقدمة الإضافية سمحت لمرتديها الجدد باستخدام المستشعر مع الحد الأدنى من إعادة التدريب. وبمجرد تدريبه، يستطيع الجهاز اكتشاف إشارات الموجات فوق الصوتية لنبض الشريان السباتي بعمق يصل إلى 164 ملم تحت الجلد، حتى عندما كان مرتديه يمارس الرياضة.

شاشة متعددة الاستخدامات

كان شو وزملاؤه يعتزمون في الأصل اختبار قدرات المستشعر كجهاز لمراقبة ضغط الدم. ومع ذلك، من خلال تجاربهم، اكتشفوا أنه يمكنه أيضًا مراقبة العوامل المهمة الأخرى، بما في ذلك تصلب الشرايين، وحجم الدم الذي يضخه القلب، وكمية الهواء التي يزفرها مرتديها.

يوفر مستشعر الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء التصوير المستمر للقلب

وفي النهاية، يتوقع الباحثون أن تصميمهم يمكن أن يفتح نطاقًا واسعًا من الاحتمالات للمراقبة المستمرة بالموجات فوق الصوتية. يقول لين: "باستخدام تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء، يمكننا فصل المريض عن الأجهزة الضخمة وأتمتة فحوصات الموجات فوق الصوتية". "يمكن مراقبة فسيولوجيا الأنسجة العميقة أثناء الحركة، مما يوفر فرصًا غير مسبوقة للتصوير الطبي بالموجات فوق الصوتية وعلم وظائف الأعضاء التمريني."

يقول لين إن هذه القدرات يمكن أن تغير حياة المرضى الذين يعانون من أمراض القلب والأوعية الدموية. ويوضح قائلاً: "بالنسبة للسكان المعرضين للخطر، فإن القيم غير الطبيعية لضغط الدم والنتاج القلبي أثناء الراحة أو أثناء ممارسة التمارين الرياضية هي من السمات المميزة لقصور القلب". لكن التطبيقات لا تنتهي عند هذا الحد. "بالنسبة للسكان الأصحاء، يمكن لجهازنا قياس استجابات القلب والأوعية الدموية لممارسة الرياضة في الوقت الحقيقي. وبالتالي، يمكن أن يوفر نظرة ثاقبة لكثافة التمرين الفعلية التي يمارسها كل شخص، والتي يمكن أن توجه صياغة خطط التدريب الشخصية.

• محتوى مدعوم من تحسين محركات البحث وتوزيع العلاقات العامة. تضخيم اليوم.
• تمويل EVM. واجهة موحدة للتمويل اللامركزي. الوصول هنا.
• مجموعة كوانتوم ميديا. تضخيم IR / PR. الوصول هنا.
• أفلاطونايستريم. ذكاء بيانات Web3. تضخيم المعرفة. الوصول هنا.
• المصدر https://physicsworld.com/a/wireless-ultrasound-monitor-is-ready-for-a-workout/