Η ασύρματη οθόνη υπερήχων είναι έτοιμη για προπόνηση – Physics World

Ερευνητές στις ΗΠΑ σχεδίασαν έναν μορφοτροπέα υπερήχων που μεταδίδει πληροφορίες ασύρματα και μπορεί να φορεθεί άνετα στο δέρμα, ξεπερνώντας δύο σημαντικές ελλείψεις προηγούμενων συσκευών. Αναπτύχθηκε από Μουγιάνγκ Λιν, Σενγκ Σου και συνεργάτες στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια του Σαν Ντιέγκο (UCSD), ο νέος μορφοτροπέας θα μπορούσε να χρησιμοποιηθεί για την παρακολούθηση ασθενών με σοβαρές καρδιαγγειακές παθήσεις, καθώς και για να βοηθήσει τους αθλητές να παρακολουθούν την προπόνησή τους.

Οι μετατροπείς υπερήχων λειτουργούν μεταδίδοντας ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας στο σώμα, ανιχνεύοντας στη συνέχεια τα κύματα που ανακλώνται από ιστούς που έχουν διαφορετικές πυκνότητες και ακουστικές ιδιότητες. Τις τελευταίες δεκαετίες, βελτιώσεις στα σχέδια ανιχνευτών και κυκλωμάτων, σε συνδυασμό με καλύτερους αλγόριθμους για την επεξεργασία σημάτων υπερήχων, έχουν δημιουργήσει μετατροπείς που μπορούν να προσαρμόζονται στις πτυχές του δέρματος ενός ατόμου. Αυτό επέτρεψε στις συσκευές να μετρούν συνεχώς τα σήματα υπερήχων, κάτι που είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για την παρακολούθηση του παλμού των φλεβών και των αρτηριών.

Οι ερευνητές στο εργαστήριο του Xu είχαν που είχαν αναπτυχθεί στο παρελθόν φορητοί ανιχνευτές υπερήχων που θα μπορούσε να παρακολουθεί διάφορες φυσιολογικές παραμέτρους των εν τω βάθει ιστών, συμπεριλαμβανομένης της αρτηριακής πίεσης, της ροής του αίματος και ακόμη και της καρδιακής απεικόνισης. Ακόμα κι έτσι, η τεχνολογία είχε κάποιες ελλείψεις. «Αυτοί οι φορητοί ανιχνευτές είναι όλοι συνδεδεμένοι σε ένα ογκώδες μηχάνημα για συλλογή ισχύος και δεδομένων και θα μετατοπίζονται σε σχετική θέση κατά τη διάρκεια της ανθρώπινης κίνησης, κάνοντάς τους να χάνουν το ίχνος των στόχων τους», εξηγεί ο Lin, φοιτητής διδάκτορα στη νανομηχανική στο UCSD και επικεφαλής συγγραφέας ενός χαρτί μέσα Nature Biotechnology στη συσκευή.

Εξαιτίας αυτών των ελαττωμάτων, οι προηγούμενοι συνεχείς αισθητήρες υπερήχων θα μπορούσαν να εμποδίσουν σοβαρά την κινητικότητα του χρήστη. Χρειάζονταν επίσης συχνές αναπροσαρμογές καθώς οι χρήστες μετακινούνταν.

Υπέρηχος χωρίς πρόσδεση

Για να αντιμετωπίσει αυτά τα προβλήματα, η ομάδα UCSD ανέπτυξε μια νέα συσκευή που βασίζεται σε ένα μικροσκοπικό, ευέλικτο κύκλωμα ελέγχου που διασυνδέεται με μια σειρά μορφοτροπέων. Αυτή η συσκευή συλλέγει τα σήματα υπερήχων αλλά δεν τα επεξεργάζεται απευθείας. Αντίθετα, τα αναμεταδίδει ασύρματα σε υπολογιστή ή smartphone, το οποίο τα επεξεργάζεται χρησιμοποιώντας μηχανική εκμάθηση.

«Αναπτύξαμε έναν αλγόριθμο για την αυτόματη ανάλυση του σήματος και την επιλογή του καναλιού που έχει το καλύτερο σήμα στον κινούμενο ιστό-στόχο», εξηγεί ο Lin. Ως εκ τούτου, τα σήματα από τον ιστό στόχο είναι συνεχή, ακόμη και κατά την ανθρώπινη κίνηση.

Οι ερευνητές δοκίμασαν αυτή την ικανότητα χρησιμοποιώντας τη συσκευή για να παρακολουθούν τη θέση της καρωτίδας ενός ανθρώπινου υποκειμένου ενώ παρακολουθούν τον παλμό του αίματος μέσα. Αυτή η αρτηρία τροφοδοτεί με αίμα το κεφάλι και το λαιμό, έτσι εκπαίδευσαν τον αλγόριθμο να αναγνωρίζει μετατοπίσεις που προκαλούνται από διαφορετικές κινήσεις του κεφαλιού του ατόμου.

Αν και η ομάδα εκπαίδευσε τον αλγόριθμο μόνο σε ένα μόνο θέμα, ένας περαιτέρω προηγμένος αλγόριθμος προσαρμογής επέτρεψε στους νέους χρήστες να χρησιμοποιήσουν τον αισθητήρα με ελάχιστη επανεκπαίδευση. Μόλις εκπαιδευτεί, η συσκευή θα μπορούσε να ανιχνεύσει υπερηχητικά σήματα του παλμού της καρωτίδας σε βάθος έως και 164 mm κάτω από το δέρμα, ακόμη και όταν ο χρήστης ασκούσε.

Οθόνη πολλαπλών χρήσεων

Ο Xu και οι συνεργάτες του αρχικά σκόπευαν να δοκιμάσουν τις δυνατότητες του αισθητήρα ως μετρητή πίεσης αίματος. Μέσω των πειραμάτων τους, ωστόσο, ανακάλυψαν ότι θα μπορούσε επίσης να παρακολουθεί άλλες σημαντικές παραμέτρους, συμπεριλαμβανομένης της αρτηριακής ακαμψίας, του όγκου του αίματος που αντλείται από την καρδιά και της ποσότητας του αέρα που εκπνέει ο χρήστης.

Ο φορητός αισθητήρας υπερήχων παρέχει συνεχή καρδιακή απεικόνιση

Τελικά, οι ερευνητές προβλέπουν ότι ο σχεδιασμός τους θα μπορούσε να ανοίξει ένα ευρύ φάσμα δυνατοτήτων για συνεχή παρακολούθηση υπερήχων. «Με τη χρήση τεχνολογίας φορητών υπερήχων, μπορούμε να αποσυνδέσουμε τον ασθενή από ογκώδη μηχανήματα και να αυτοματοποιήσουμε τις υπερηχητικές εξετάσεις», λέει ο Lin. «Η φυσιολογία των εν τω βάθει ιστών μπορεί να παρακολουθείται εν κινήσει, η οποία παρέχει άνευ προηγουμένου ευκαιρίες για ιατρικό υπερηχογράφημα και φυσιολογία άσκησης».

Αυτές οι δυνατότητες θα μπορούσαν να αλλάξουν τη ζωή για ασθενείς που ζουν με καρδιαγγειακές παθήσεις, λέει ο Lin. «Για τους πληθυσμούς σε κίνδυνο, οι μη φυσιολογικές τιμές της αρτηριακής πίεσης και της καρδιακής παροχής σε ηρεμία ή κατά τη διάρκεια της άσκησης είναι χαρακτηριστικά της καρδιακής ανεπάρκειας», εξηγεί. Όμως οι αιτήσεις δεν τελειώνουν εκεί. «Για έναν υγιή πληθυσμό, η συσκευή μας μπορεί να μετρήσει τις καρδιαγγειακές αποκρίσεις στην άσκηση σε πραγματικό χρόνο. Έτσι, μπορεί να παρέχει πληροφορίες για την πραγματική ένταση προπόνησης που ασκείται από κάθε άτομο, κάτι που μπορεί να καθοδηγήσει τη διαμόρφωση εξατομικευμένων σχεδίων προπόνησης».

• SEO Powered Content & PR Distribution. Ενισχύστε σήμερα.
• EVM Finance. Ενιαία διεπαφή για αποκεντρωμένη χρηματοδότηση. Πρόσβαση εδώ.
• Quantum Media Group. Ενισχυμένο IR/PR. Πρόσβαση εδώ.
• PlatoAiStream. Web3 Data Intelligence. Ενισχύθηκε η γνώση. Πρόσβαση εδώ.
• πηγή: https://physicsworld.com/a/wireless-ultrasound-monitor-is-ready-for-a-workout/