مانیتور اولتراسوند بی سیم برای تمرین آماده است - Physics World

مانیتور اولتراسوند بی سیم برای تمرین آماده است - Physics World

تمبر زمان: 14 ژوئن 2023 ساعت 11:00 صبح

عکسی که قسمت بالایی قفسه سینه برهنه یک فرد را نشان می دهد که تراشه اولتراسوند به پوست روی قلبش چسبیده است. تراشه کوچکتر از کارت اعتباری است و به هیچ سیمی متصل نیست.
مناسب برای هدف: سیستم سونوگرافی بی سیم پوشیدنی جدید که برای اندازه گیری فعالیت قلبی روی قفسه سینه نصب شده است. (با احترام: Muyang Lin)

محققان در ایالات متحده یک مبدل اولتراسوند طراحی کرده اند که اطلاعات را به صورت بی سیم منتقل می کند و می تواند به راحتی روی پوست پوشیده شود و دو نقص عمده دستگاه های قبلی را برطرف کند. توسعه یافته توسط مویانگ لین, شنگ شو و همکارانش در دانشگاه کالیفرنیا سن دیگو (UCSD)، این مبدل جدید می تواند برای نظارت بر بیماران مبتلا به بیماری های قلبی عروقی جدی و همچنین برای کمک به ورزشکاران برای پیگیری تمرینات خود استفاده شود.

مبدل‌های اولتراسوند با انتقال امواج صوتی با فرکانس بالا به بدن کار می‌کنند و سپس امواج منعکس شده از بافت‌هایی را که چگالی و خواص صوتی متفاوتی دارند، تشخیص می‌دهند. در طی چند دهه گذشته، پیشرفت‌هایی در طراحی مدارها و پروب‌ها، همراه با الگوریتم‌های بهتر برای پردازش سیگنال‌های اولتراسوند، مبدل‌هایی تولید کرده‌اند که می‌توانند با چین‌های پوست فرد مطابقت داشته باشند. این به دستگاه ها اجازه می دهد سیگنال های اولتراسوند را به طور مداوم اندازه گیری کنند، که به ویژه برای نظارت بر ضربان رگ ها و شریان ها مفید است.

محققان در آزمایشگاه شو داشتند کاوشگرهای فراصوت پوشیدنی که قبلا ساخته شده بود که می تواند چندین پارامتر فیزیولوژیکی بافت های عمقی، از جمله فشار خون، جریان خون و حتی تصویربرداری قلبی را بررسی کند. با این وجود، این فناوری کاستی هایی داشت. لین، دانشجوی دکترای نانومهندسی در UCSD و نویسنده ارشد این مقاله توضیح می‌دهد: «این کاوشگرهای پوشیدنی همگی برای جمع‌آوری نیرو و داده‌ها به یک ماشین حجیم متصل می‌شوند، و در طول حرکت انسان در موقعیت نسبی تغییر می‌کنند و باعث می‌شوند مسیر اهداف را از دست بدهند. کاغذ در بیوتکنولوژی طبیعت بر روی دستگاه

به دلیل این نقص‌ها، حسگرهای سونوگرافی مداوم قبلی می‌توانند به طور جدی از تحرک پوشنده جلوگیری کنند. آنها همچنین نیاز به تنظیم مجدد مکرر هنگام حرکت پوشندگان داشتند.

سونوگرافی بدون اتصال

برای رسیدگی به این مشکلات، تیم UCSD دستگاه جدیدی را بر اساس یک مدار کنترل کوچک و انعطاف پذیر که با مجموعه ای از مبدل ها ارتباط برقرار می کند، توسعه دادند. این دستگاه سیگنال های اولتراسوند را جمع آوری می کند اما مستقیماً آنها را پردازش نمی کند. در عوض، آن‌ها را به‌صورت بی‌سیم به رایانه یا تلفن هوشمند ارسال می‌کند، که آنها را با استفاده از یادگیری ماشین پردازش می‌کند.

لین توضیح می‌دهد: «ما الگوریتمی را برای تجزیه و تحلیل خودکار سیگنال و انتخاب کانالی که بهترین سیگنال را در بافت هدف متحرک دارد، ایجاد کردیم. بنابراین، سیگنال‌های بافت هدف، حتی در حین حرکت انسان، پیوسته هستند.

محققان این قابلیت را با استفاده از دستگاه برای ردیابی موقعیت شریان کاروتید سوژه انسانی در حالی که نبض خون درون آن را زیر نظر داشتند، آزمایش کردند. این شریان خون سر و گردن را تامین می کند، بنابراین آنها الگوریتمی را برای تشخیص جابجایی های ناشی از حرکات مختلف سر سوژه آموزش دادند.

اگرچه این تیم فقط الگوریتم را بر روی یک موضوع آموزش داد، یک الگوریتم سازگاری پیشرفته بیشتر به کاربران جدید اجازه می‌داد تا از سنسور با حداقل آموزش مجدد استفاده کنند. این دستگاه پس از آموزش می‌تواند سیگنال‌های اولتراسوند ضربان شریان کاروتید را تا عمق ۱۶۴ میلی‌متری زیر پوست تشخیص دهد، حتی زمانی که کاربر در حال ورزش است.

مانیتور چند منظوره

Xu و همکارانش در ابتدا قصد داشتند قابلیت‌های این سنسور را به‌عنوان مانیتور فشار خون آزمایش کنند. با این حال، آنها از طریق آزمایشات خود دریافتند که می تواند پارامترهای مهم دیگری از جمله سفتی شریان، حجم خون پمپ شده توسط قلب و میزان هوای بازدم شده توسط پوشنده را نیز کنترل کند.

در نهایت، محققان پیش‌بینی می‌کنند که طراحی آنها می‌تواند طیف گسترده‌ای از امکانات را برای نظارت مداوم اولتراسوند باز کند. لین می‌گوید: «با استفاده از فناوری سونوگرافی پوشیدنی، می‌توانیم بیمار را از دستگاه‌های حجیم جدا کنیم و معاینات اولتراسونیک را خودکار کنیم. فیزیولوژی بافت عمقی را می توان در حرکت نظارت کرد، که فرصت های بی سابقه ای را برای سونوگرافی پزشکی و فیزیولوژی ورزشی فراهم می کند.

لین می‌گوید این قابلیت‌ها می‌تواند زندگی بیمارانی را که با بیماری‌های قلبی عروقی زندگی می‌کنند تغییر دهد. او توضیح می‌دهد: «برای جمعیت‌های در معرض خطر، مقادیر غیرطبیعی فشار خون و برون ده قلبی در حالت استراحت یا در حین ورزش از علائم نارسایی قلبی است. اما برنامه های کاربردی به همین جا ختم نمی شود. برای یک جمعیت سالم، دستگاه ما می تواند پاسخ های قلبی عروقی به ورزش را در زمان واقعی اندازه گیری کند. بنابراین، می‌تواند بینش‌هایی درباره شدت تمرین واقعی اعمال شده توسط هر فرد ارائه دهد، که می‌تواند فرمول‌بندی برنامه‌های تمرینی شخصی‌سازی شده را راهنمایی کند.»

تمبر زمان:

بیشتر از دنیای فیزیک