Un dispositivo de ultrasonido portátil puede proporcionar 48 horas de imágenes continuas de los órganos internos mientras los pacientes realizan su vida diaria. El dispositivo, desarrollado por un equipo dirigido por el Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT), consiste en una matriz de ultrasonido piezoeléctrica rígida que se adhiere a la piel a través de un híbrido de elastómero de hidrogel bioadhesivo suave. Describiendo sus hallazgos en Ciencia:, los investigadores demuestran que el parche puede obtener imágenes del corazón, el tracto gastrointestinal, el diafragma y los pulmones durante actividades como trotar o beber líquidos.
El ultrasonido es una de las herramientas más utilizadas para la obtención de imágenes médicas, pero tiene sus limitaciones. Las imágenes ultrasónicas utilizan equipos voluminosos y especializados y requieren ecografistas capacitados para colocar el transductor en el cuerpo del paciente. Esto generalmente limita su uso a sesiones cortas y estáticas.
En los últimos años se han producido importantes desarrollos en dispositivos portátiles para la monitorización médica continua y no invasiva. Si bien tales dispositivos han medido con éxito datos fisiológicos como ritmo cardiaco y actividad eléctricay metabolitos y electrolitos en el sudor de la piel, la obtención de imágenes de grado clínico de los órganos internos ha demostrado ser un desafío.
"Una herramienta portátil de imágenes por ultrasonido tendría un enorme potencial en el futuro del diagnóstico clínico", explica el primer autor. Chong He Wang, un estudiante de posgrado del MIT. "Sin embargo, la resolución y la duración de la imagen de los parches de ultrasonido existentes es relativamente baja y no pueden obtener imágenes de órganos profundos".
Los dispositivos de ultrasonido portátiles anteriores tendían a depender de conjuntos de transductores estirables. Si bien estos pueden deformarse con la piel, esta flexibilidad hace que los transductores se muevan entre sí, lo que reduce la calidad de la imagen. Los sustratos flexibles también limitan la densidad de los transductores en la matriz, lo que afecta la resolución de la imagen. También ha habido problemas con los adhesivos que permanecen adheridos a la piel y amortiguan la señal de ultrasonido.
El nuevo dispositivo desarrollado por Wang y sus colegas contiene una sonda de ultrasonido delgada y rígida, que consta de una matriz de elementos piezoeléctricos de alta densidad, que se adhiere a la piel a través de un híbrido elástico de hidrogel-elastómero. “Esta combinación permite que el dispositivo se adapte a la piel mientras mantiene la ubicación relativa de los transductores para generar imágenes más claras y precisas”, explica Wang.
El hidrogel de agua al 90 % permite una transmisión acústica de alta calidad a la piel, muy similar a los geles utilizados en un examen de ultrasonido estándar, mientras que los dos elastómeros delgados que lo encapsulan evitan que se seque. Recubierto con bioadhesivo para unirlo a la piel y la sonda rígida de ultrasonido, el grosor total de la membrana de elastómero y el bioadhesivo es menos de un cuarto de la longitud de onda acústica para minimizar su impacto en la transmisión acústica. Todo el parche es similar en tamaño a un sello postal.
Usando una variedad de pruebas, los investigadores demostraron que el dispositivo portátil puede mantener una fuerte adherencia a la piel durante más de 48 horas y resistir altas fuerzas de tracción. También utilizaron voluntarios sanos para demostrar imágenes continuas de 48 horas de órganos humanos. Se utilizaron sondas de ultrasonido con diferentes frecuencias dependiendo de la profundidad de los órganos de los que se tomaron imágenes.
Los investigadores pudieron obtener imágenes continuas de la vena yugular y la arteria carótida en el cuello durante los movimientos dinámicos del cuerpo, como las rotaciones del cuello. Observaron que el diámetro de la vena cambiaba a medida que los voluntarios pasaban de estar sentados o de pie a acostarse, y pudieron medir los cambios en el flujo sanguíneo y la presión en la arteria mientras los voluntarios trotaban. También tomaron imágenes de la función pulmonar, el movimiento del diafragma y las cuatro cámaras del corazón antes, durante y después del ejercicio, como trotar y andar en bicicleta; y observó cómo el estómago se llenaba y se vaciaba a medida que los voluntarios bebían y el jugo se movía a través de su sistema digestivo.
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El equipo ahora está trabajando para hacer que las pegatinas sean inalámbricas y desarrollar algoritmos de inteligencia artificial para ayudar a interpretar las imágenes. "Imaginamos que podríamos tener una caja de calcomanías, cada una diseñada para representar una ubicación diferente del cuerpo", dice el autor principal. Xuan He Zhao. “Creemos que esto representa un gran avance en dispositivos portátiles e imágenes médicas”.
Escribir en un asociado artículo en perspectiva, Philip Tan y Nanshu Lu advierten que, a pesar de las oportunidades que presenta el parche, hay obstáculos que superar. En particular, la incorporación de los extensos circuitos y el hardware necesarios para controlar suficientes transductores para imágenes médicas en 3D podría limitar la maniobrabilidad y la movilidad, algo con lo que la investigación de "ultrasonido en un chip" podría ayudar.
