Μια φορητή συσκευή υπερήχων μπορεί να παρέχει 48 ώρες συνεχούς απεικόνισης εσωτερικών οργάνων, ενώ οι ασθενείς κάνουν την καθημερινότητά τους. Η συσκευή – που αναπτύχθηκε από μια ομάδα με επικεφαλής το Ινστιτούτο Τεχνολογίας της Μασαχουσέτης (MIT) – αποτελείται από μια άκαμπτη συστοιχία πιεζοηλεκτρικών υπερήχων που κολλάει στο δέρμα μέσω ενός μαλακού βιοσυγκολλητικού υβριδίου υδρογέλης-ελαστομερούς. Περιγράφοντας τα ευρήματά τους στο Επιστήμη, οι ερευνητές αποδεικνύουν ότι το έμπλαστρο μπορεί να απεικονίσει την καρδιά, τη γαστρεντερική οδό, το διάφραγμα και τους πνεύμονες κατά τη διάρκεια δραστηριοτήτων όπως το τρέξιμο ή η κατανάλωση υγρών.
Το υπερηχογράφημα είναι ένα από τα πιο ευρέως χρησιμοποιούμενα εργαλεία για ιατρική απεικόνιση, αλλά έχει τους περιορισμούς του. Η απεικόνιση με υπερήχους χρησιμοποιεί ογκώδη και εξειδικευμένο εξοπλισμό και απαιτεί εκπαιδευμένους υπερηχογράφους για να τοποθετήσουν τον μορφοτροπέα στο σώμα του ασθενούς. Αυτό γενικά περιορίζει τη χρήση του σε σύντομες, στατικές συνεδρίες.
Τα τελευταία χρόνια έχουν σημειωθεί σημαντικές εξελίξεις σε φορητές συσκευές για συνεχή και μη επεμβατική ιατρική παρακολούθηση. Ενώ τέτοιες συσκευές έχουν μετρήσει με επιτυχία φυσιολογικά δεδομένα όπως π.χ καρδιακός ρυθμός και ηλεκτρική δραστηριότητα, να μεταβολίτες και ηλεκτρολύτες στον ιδρώτα από το δέρμα, η κλινική απεικόνιση εσωτερικών οργάνων έχει αποδειχθεί πρόκληση.
«Ένα φορητό εργαλείο απεικόνισης υπερήχων θα είχε τεράστιες δυνατότητες στο μέλλον της κλινικής διάγνωσης», εξηγεί ο πρώτος συγγραφέας Chonghe Wang, μεταπτυχιακός φοιτητής του MIT. «Ωστόσο, η ανάλυση και η διάρκεια απεικόνισης των υπαρχόντων επιθεμάτων υπερήχων είναι σχετικά χαμηλή και δεν μπορούν να απεικονίσουν βαθιά όργανα».
Προηγούμενες φορητές συσκευές υπερήχων είχαν την τάση να βασίζονται σε τεντωμένες συστοιχίες μετατροπέων. Ενώ αυτά μπορούν να παραμορφωθούν με το δέρμα, αυτή η ευελιξία αναγκάζει τους μορφοτροπείς να μετακινούνται μεταξύ τους, μειώνοντας την ποιότητα της εικόνας. Τα εύκαμπτα υποστρώματα περιορίζουν επίσης την πυκνότητα των μορφοτροπέων στη συστοιχία, επηρεάζοντας την ανάλυση της εικόνας. Υπήρξαν επίσης προβλήματα με τις κόλλες που παραμένουν προσκολλημένες στο δέρμα και μειώνουν το σήμα υπερήχων.
Η νέα συσκευή που αναπτύχθηκε από τον Wang και τους συνεργάτες του περιέχει έναν λεπτό και άκαμπτο καθετήρα υπερήχων, που αποτελείται από μια σειρά πιεζοηλεκτρικών στοιχείων υψηλής πυκνότητας, που προσκολλάται στο δέρμα μέσω ενός ελαστικού υβριδίου υδρογέλης-ελαστομερούς. «Αυτός ο συνδυασμός επιτρέπει στη συσκευή να προσαρμόζεται στο δέρμα, ενώ διατηρεί τη σχετική θέση των μορφοτροπέων για να δημιουργεί πιο καθαρές και ακριβείς εικόνες», εξηγεί ο Wang.
Η υδρογέλη νερού 90% επιτρέπει υψηλής ποιότητας ακουστική μετάδοση στο δέρμα, όπως τα τζελ που χρησιμοποιούνται σε μια τυπική εξέταση υπερήχων, ενώ τα δύο λεπτά ελαστομερή που την περικλείουν το εμποδίζουν να στεγνώσει. Επικαλυμμένο με βιοσυγκολλητικό για να το κολλήσει στον άκαμπτο καθετήρα υπερήχων και στο δέρμα, το συνολικό πάχος της ελαστομερούς μεμβράνης και του βιοσυγκολλητικού είναι μικρότερο από το ένα τέταρτο του ακουστικού μήκους κύματος για να ελαχιστοποιηθεί η επίδρασή του στην ακουστική μετάδοση. Ολόκληρο το έμπλαστρο είναι παρόμοιο σε μέγεθος με ένα γραμματόσημο.
Χρησιμοποιώντας μια ποικιλία δοκιμών, οι ερευνητές έδειξαν ότι η φορητή συσκευή μπορεί να διατηρήσει ισχυρή πρόσφυση στο δέρμα για περισσότερες από 48 ώρες και να αντέχει σε υψηλές δυνάμεις έλξης. Χρησιμοποίησαν επίσης υγιείς εθελοντές για να επιδείξουν 48ωρη συνεχή απεικόνιση ανθρώπινων οργάνων. Χρησιμοποιήθηκαν ανιχνευτές υπερήχων με διαφορετικές συχνότητες ανάλογα με το βάθος των οργάνων που απεικονίζονται.
Οι ερευνητές μπόρεσαν να απεικονίζουν συνεχώς τη σφαγίτιδα φλέβα και την καρωτίδα στον αυχένα κατά τη διάρκεια δυναμικών κινήσεων του σώματος, όπως οι περιστροφές του λαιμού. Παρατήρησαν τη διάμετρο της φλέβας να αλλάζει καθώς οι εθελοντές μετακινούνταν από καθιστοί ή όρθιοι σε ξαπλωμένοι και μπόρεσαν να μετρήσουν τις αλλαγές στη ροή του αίματος και την πίεση στην αρτηρία ενώ οι εθελοντές έκαναν τζόκινγκ. Επίσης απεικόνισαν τη λειτουργία των πνευμόνων, την κίνηση του διαφράγματος και τους τέσσερις θαλάμους της καρδιάς πριν, κατά τη διάρκεια και μετά την άσκηση, όπως το τζόκινγκ και το ποδήλατο. και παρατήρησε το στομάχι να γεμίζει και να αδειάζει καθώς οι εθελοντές έπιναν και ο χυμός περνούσε μέσω του πεπτικού τους συστήματος.
Η ρομποτική στολή χρησιμοποιεί απεικόνιση υπερήχων για να παρέχει εξατομικευμένη βοήθεια στο περπάτημα
Η ομάδα εργάζεται τώρα για να κάνει τα αυτοκόλλητα ασύρματα και αναπτύσσει αλγόριθμους τεχνητής νοημοσύνης που θα βοηθήσουν στην ερμηνεία των εικόνων. «Φανταζόμαστε ότι θα μπορούσαμε να έχουμε ένα κουτί με αυτοκόλλητα, το καθένα σχεδιασμένο να απεικονίζει μια διαφορετική θέση του σώματος», λέει ο ανώτερος συγγραφέας Xuanhe Zhao. «Πιστεύουμε ότι αυτό αντιπροσωπεύει μια σημαντική ανακάλυψη στις φορητές συσκευές και την ιατρική απεικόνιση».
Γράψιμο σε ένα συσχετισμένο προοπτικό άρθρο, ο Philip Tan και ο Nanshu Lu προειδοποιούν ότι παρά τις ευκαιρίες που παρουσιάζονται από το patch υπάρχουν εμπόδια που πρέπει να ξεπεραστούν. Ειδικότερα, η ενσωμάτωση του εκτεταμένου κυκλώματος και του υλικού που απαιτείται για τον έλεγχο αρκετών μορφοτροπέων για τρισδιάστατη ιατρική απεικόνιση θα μπορούσε να περιορίσει τους ελιγμούς και την κινητικότητα – κάτι στο οποίο η έρευνα «υπέρηχοι σε τσιπ» θα μπορούσε να βοηθήσει.
