Kantav ultraheliseade võimaldab 48 tundi pidevat siseorganite pildistamist, samal ajal kui patsiendid elavad oma igapäevast elu. Seade, mille on välja töötanud Massachusettsi Tehnoloogiainstituudi (MIT) meeskond, koosneb jäigast piesoelektrilisest ultrahelimassiivist, mis kleepub nahale pehme bioadhesiivse hüdrogeeli-elastomeeri hübriidi kaudu. Kirjeldades nende leide teadus, näitavad teadlased, et plaaster võib kujutada südant, seedetrakti, diafragmat ja kopse selliste tegevuste ajal nagu sörkjooks või vedelike joomine.
Ultraheli on üks meditsiinilise pildistamise kõige laialdasemalt kasutatavaid vahendeid, kuid sellel on oma piirangud. Ultraheli pildistamisel kasutatakse mahukaid ja spetsiaalseid seadmeid ning anduri patsiendi kehale paigutamiseks on vaja koolitatud sonograafi. See piirab selle kasutamist üldiselt lühikeste staatiliste seanssidega.
Viimastel aastatel on pidevaks ja mitteinvasiivseks meditsiiniliseks jälgimiseks kantavate seadmete osas toimunud märkimisväärne areng. Kuigi sellised seadmed on edukalt mõõtnud füsioloogilisi andmeid nagu südamerütm ja elektriline tegevusja metaboliidid ja elektrolüüdid naha higistamisel on siseorganite kliinilise astme pildistamine osutunud keeruliseks.
"Kallataval ultraheliuuringu tööriistal oleks kliinilise diagnoosimise tulevikus tohutu potentsiaal, " selgitab esimene autor Chonghe Wang, MIT magistrant. "Olemasolevate ultraheliplaastrite eraldusvõime ja pildistamise kestus on siiski suhteliselt madal ja nad ei suuda sügavaid elundeid pildistada."
Varasemad kantavad ultraheliseadmed on kaldunud tuginema venitatavatele andurimassiividele. Kuigi need võivad koos nahaga deformeeruda, põhjustab see paindlikkus andurite liikumist üksteise suhtes, mis vähendab pildikvaliteeti. Paindlikud substraadid piiravad ka massiivi andurite tihedust, mõjutades pildi eraldusvõimet. Probleeme on olnud ka sellega, et liimid jäävad nahale kinni ja summutavad ultraheli signaali.
Wangi ja kolleegide välja töötatud uus seade sisaldab õhukest ja jäika ultrahelisondi, mis koosneb suure tihedusega piesoelektriliste elementide massiivist, mis kleepub nahale veniva hüdrogeeli-elastomeeri hübriidi kaudu. "See kombinatsioon võimaldab seadmel kohanduda nahaga, säilitades samal ajal andurite suhtelise asukoha, et luua selgemaid ja täpsemaid pilte," selgitab Wang.
90% vesihüdrogeel võimaldab nahale kvaliteetset akustilist edastamist, sarnaselt tavalise ultraheliuuringu geelidega, samas kui kaks õhukest elastomeeri, mis seda kapseldavad, takistavad naha kuivamist. Bioadhesiiviga kaetud, et siduda see jäiga ultrahelisondi ja nahaga, on elastomeermembraani ja bioadhesiivi kogupaksus väiksem kui üks neljandik akustilisest lainepikkusest, et minimeerida selle mõju akustilisele ülekandele. Kogu plaaster on suuruselt sarnane postmargile.
Erinevaid teste kasutades näitasid teadlased, et kantav seade suudab säilitada tugevat nakkumist nahaga üle 48 tunni ja talub suuri tõmbejõude. Samuti kasutasid nad terveid vabatahtlikke inimorganite 48-tunnise pideva pildistamise demonstreerimiseks. Sõltuvalt pildistatavate elundite sügavusest kasutati erineva sagedusega ultrahelisonde.
Teadlased suutsid dünaamiliste kehaliigutuste, näiteks kaela pöörlemise ajal pidevalt kujutist kaelas olevast kägiveenist ja unearterist. Nad jälgisid veeni läbimõõdu muutumist, kui vabatahtlikud liikusid istumisest või seismisest lamamisasendisse, ning suutsid mõõta verevoolu ja rõhu muutusi arteris, kui vabatahtlikud sörkisid. Samuti kujutasid nad kopsufunktsiooni, diafragma liikumist ja nelja südamekambrit enne treeningut, selle ajal ja pärast treeningut, nagu sörkimine ja jalgrattasõit; ja jälgis mao täitumist ja tühjenemist, kui vabatahtlikud jõid ja mahl liikus läbi nende seedesüsteemi.
Robotieksosuit kasutab ultraheliuuringut, et pakkuda isikupärastatud kõndimisabi
Meeskond töötab nüüd selle nimel, et muuta kleebised juhtmevabaks ja arendada tehisintellekti algoritme, mis aitavad pilte tõlgendada. "Me kujutame ette, et meil võiks olla kast kleebiseid, millest igaüks on mõeldud keha erineva asukoha kujutamiseks," ütleb vanemautor Xuanhezhao. "Usume, et see on läbimurre kantavate seadmete ja meditsiinilise pildistamise vallas."
Kirjutamine seotud perspektiivne artikkel, Philip Tan ja Nanshu Lu hoiatavad, et vaatamata plaastri pakutavatele võimalustele tuleb ületada takistusi. Eelkõige võib 3D-meditsiinilise pildistamise jaoks piisava hulga andurite juhtimiseks vajaliku ulatusliku vooluringi ja riistvara kaasamine piirata manööverdusvõimet ja liikuvust – see võib aidata "ultraheli kiibil" tehtud uuringuid.
