Puettavalla ultraäänilaitteella voidaan kuvata sisäelimiä jatkuvasti 48 tuntia, kun potilaat jatkavat jokapäiväistä elämäänsä. Massachusetts Institute of Technologyn (MIT) johtaman tiimin kehittämä laite koostuu jäykästä pietsosähköisestä ultraäänijärjestelmästä, joka tarttuu ihoon pehmeän bioadhesiivisen hydrogeeli-elastomeerihybridin kautta. Kuvaamalla heidän löydöstään tiede, tutkijat osoittavat, että laastari voi kuvata sydäntä, maha-suolikanavaa, palleaa ja keuhkoja toimintojen, kuten lenkkeilyn tai nesteiden juomisen, aikana.
Ultraääni on yksi yleisimmin käytetyistä lääketieteellisen kuvantamisen työkaluista, mutta sillä on rajoituksensa. Ultraäänikuvauksessa käytetään tilaa vieviä ja erikoislaitteita, ja tarvitaan koulutettuja sonographeja, jotka asettavat anturin potilaan keholle. Tämä yleensä rajoittaa sen käytön lyhyisiin, staattisiin istuntoihin.
Viime vuosina jatkuvaan ja ei-invasiiviseen lääketieteelliseen seurantaan käytettävissä puettavissa laitteissa on tapahtunut merkittävää kehitystä. Vaikka tällaiset laitteet ovat onnistuneesti mittaaneet fysiologisia tietoja, kuten sydämen rytmi ja sähköinen aktiivisuusja metaboliitit ja elektrolyytit ihon hikoilussa sisäelinten kliininen kuvantaminen on osoittautunut haastavaksi.
"Puettavalla ultraäänikuvaustyökalulla olisi valtava potentiaali kliinisen diagnoosin tulevaisuudessa", selittää ensimmäinen kirjoittaja Chonghe Wang, MIT:n jatko-opiskelija. "Olemassa olevien ultraäänilaastarien resoluutio ja kuvantamisen kesto on kuitenkin suhteellisen alhainen, eivätkä ne pysty kuvaamaan syviä elimiä."
Aiemmilla puetettavilla ultraäänilaitteilla on ollut taipumus luottaa venyviin anturiryhmiin. Vaikka ne voivat muuttaa muotoaan ihon mukana, tämä joustavuus saa muuntimet liikkumaan suhteessa toisiinsa, mikä heikentää kuvanlaatua. Joustavat substraatit rajoittavat myös antureiden tiheyttä ryhmässä, mikä vaikuttaa kuvan resoluutioon. Ongelmia on ollut myös liimojen pysyessä kiinni ihossa ja vaimentaessa ultraäänisignaalia.
Wangin ja kollegoiden kehittämä uusi laite sisältää ohuen ja jäykän ultraäänianturin, joka koostuu tiheästi joukosta pietsosähköisiä elementtejä, jotka kiinnittyvät ihoon venyvän hydrogeeli-elastomeerihybridin kautta. "Tämän yhdistelmän ansiosta laite mukautuu ihoon samalla kun se säilyttää antureiden suhteellisen sijainnin, mikä tuottaa selkeämpiä ja tarkempia kuvia", Wang selittää.
90-prosenttinen vesihydrogeeli mahdollistaa korkealaatuisen akustisen siirtymisen iholle aivan kuten tavallisessa ultraäänitutkimuksessa käytetyt geelit, kun taas kaksi ohutta elastomeeriä, jotka kapseloivat sen, estävät ihoa kuivumasta. Pinnoitettu bioadhesiivilla sen kiinnittämiseksi jäykään ultraäänianturiin ja ihoon, elastomeerikalvon ja bioadhesiivin kokonaispaksuus on alle neljäsosa akustisesta aallonpituudesta, mikä minimoi sen vaikutuksen akustiseen siirtoon. Koko laastari on kooltaan samanlainen kuin postimerkki.
Erilaisten testien avulla tutkijat osoittivat, että puettava laite voi säilyttää vahvan tarttuvuuden ihoon yli 48 tuntia ja kestää suuria vetovoimia. He käyttivät myös terveitä vapaaehtoisia osoittamaan 48 tunnin jatkuvaa kuvantamista ihmiselimistä. Ultraääniantureita käytettiin eri taajuuksilla riippuen kuvattavien elinten syvyydestä.
Tutkijat pystyivät jatkuvasti kuvaamaan kaulalaskimoa ja kaulavaltimoa kaulassa dynaamisten kehon liikkeiden, kuten kaulan pyörimisen, aikana. He havaitsivat suonen halkaisijan muuttuvan vapaaehtoisten siirtyessä istumisesta tai seisomisesta makuulle ja pystyivät mittaamaan muutoksia verenkierrossa ja paineessa valtimoon samalla, kun vapaaehtoiset lenkkeilivät. He kuvasivat myös keuhkojen toimintaa, pallean liikettä ja sydämen neljää kammiota ennen harjoitusta, sen aikana ja sen jälkeen, kuten lenkkeilyä ja pyöräilyä; ja tarkkailivat vatsan täyttymistä ja tyhjenemistä, kun vapaaehtoiset joivat ja mehu liikkui ruuansulatusjärjestelmän läpi.
Robotti-exosuit käyttää ultraäänikuvausta tarjotakseen yksilöllistä kävelyapua
Tiimi työskentelee nyt tehdäkseen tarroista langattomia ja kehittääkseen tekoälyalgoritmeja kuvien tulkitsemiseksi. "Kuvittelemme, että meillä voisi olla laatikko tarroja, joista jokainen on suunniteltu kuvaamaan kehon eri sijaintia", sanoo vanhempi kirjailija Xuanhezhao. "Uskomme, että tämä on läpimurto puettavissa laitteissa ja lääketieteellisessä kuvantamisessa."
Kirjoittaminen liittyy perspektiiviartikkeli, Philip Tan ja Nanshu Lu varoittavat, että laastarin tarjoamista mahdollisuuksista huolimatta on esteitä, jotka on voitettava. Erityisesti laajojen piirien ja laitteistojen sisällyttäminen, jotka tarvitaan ohjaamaan riittävästi muuntimia 3D-lääketieteellistä kuvantamista varten, voisi rajoittaa ohjattavuutta ja liikkuvuutta – mitä "ultraääni sirulla" -tutkimus voisi auttaa.
