Un appareil à ultrasons portable peut fournir 48 heures d’imagerie continue des organes internes pendant que les patients vaquent à leurs occupations quotidiennes. L’appareil – développé par une équipe dirigée par le Massachusetts Institute of Technology (MIT) – consiste en un réseau ultrasonore piézoélectrique rigide qui adhère à la peau via un hybride hydrogel-élastomère bioadhésif doux. Décrivant leurs découvertes dans Sciences, les chercheurs démontrent que le patch peut imager le cœur, le tractus gastro-intestinal, le diaphragme et les poumons lors d'activités telles que faire du jogging ou boire des liquides.
L’échographie est l’un des outils les plus utilisés en imagerie médicale, mais elle a ses limites. L’imagerie ultrasonique utilise un équipement volumineux et spécialisé et nécessite des échographistes qualifiés pour positionner le transducteur sur le corps du patient. Cela limite généralement son utilisation à des sessions courtes et statiques.
Ces dernières années, des développements significatifs ont été réalisés dans le domaine des dispositifs portables permettant une surveillance médicale continue et non invasive. Bien que ces appareils aient réussi à mesurer des données physiologiques telles que rythme cardiaque ainsi que activité électriqueet métabolites et électrolytes dans la sueur de la peau, l’imagerie de qualité clinique des organes internes s’est révélée difficile.
"Un outil portable d'imagerie échographique aurait un énorme potentiel dans l'avenir du diagnostic clinique", explique le premier auteur. Chonghe Wang, étudiant diplômé du MIT. "Cependant, la résolution et la durée d'imagerie des patchs échographiques existants sont relativement faibles et ils ne peuvent pas imager les organes profonds."
Les appareils à ultrasons portables précédents avaient tendance à s'appuyer sur des réseaux de transducteurs extensibles. Bien que ceux-ci puissent se déformer avec la peau, cette flexibilité entraîne le déplacement des transducteurs les uns par rapport aux autres, réduisant ainsi la qualité de l'image. Les substrats flexibles limitent également la densité des transducteurs dans le réseau, ce qui a un impact sur la résolution de l'image. Il y a également eu des problèmes avec les adhésifs restant attachés à la peau et atténuant le signal ultrasonore.
Le nouveau dispositif développé par Wang et ses collègues contient une sonde à ultrasons fine et rigide, constituée d'un réseau haute densité d'éléments piézoélectriques, qui adhère à la peau via un hybride hydrogel-élastomère extensible. "Cette combinaison permet à l'appareil de s'adapter à la peau tout en conservant l'emplacement relatif des transducteurs pour générer des images plus claires et plus précises", explique Wang.
L'hydrogel à 90 % d'eau permet une transmission acoustique de haute qualité à la peau, un peu comme les gels utilisés lors d'un examen échographique standard, tandis que les deux élastomères fins qui l'encapsulent l'empêchent de se dessécher. Enduit de bioadhésif pour le lier à la sonde à ultrasons rigide et à la peau, l'épaisseur totale de la membrane élastomère et du bioadhésif est inférieure au quart de la longueur d'onde acoustique afin de minimiser son impact sur la transmission acoustique. Le patch entier a la taille d’un timbre-poste.
À l’aide de divers tests, les chercheurs ont montré que le dispositif portable peut maintenir une forte adhérence à la peau pendant plus de 48 heures et résister à des forces de traction élevées. Ils ont également utilisé des volontaires sains pour démontrer une imagerie continue d'organes humains pendant 48 heures. Des sondes échographiques de fréquences différentes ont été utilisées en fonction de la profondeur des organes photographiés.
Les chercheurs ont pu visualiser en continu la veine jugulaire et l'artère carotide du cou lors de mouvements dynamiques du corps tels que les rotations du cou. Ils ont observé que le diamètre de la veine changeait à mesure que les volontaires passaient de la position assise ou debout à la position couchée, et ont pu mesurer les changements dans le débit sanguin et la pression dans l'artère pendant que les volontaires faisaient du jogging. Ils ont également photographié la fonction pulmonaire, le mouvement du diaphragme et les quatre cavités cardiaques avant, pendant et après un exercice tel que le jogging et le cyclisme ; et observé l'estomac se remplir et se vider pendant que les volontaires buvaient et que le jus se déplaçait dans leur système digestif.
L'exosuit robotique utilise l'imagerie échographique pour fournir une assistance personnalisée à la marche
L’équipe travaille actuellement à rendre les autocollants sans fil et à développer des algorithmes d’intelligence artificielle pour faciliter l’interprétation des images. "Nous imaginons que nous pourrions avoir une boîte d'autocollants, chacun étant conçu pour représenter un endroit différent du corps", explique l'auteur principal. Xuanhezhao. « Nous pensons que cela représente une avancée majeure dans le domaine des appareils portables et de l’imagerie médicale. »
Écrire dans un associé article de perspective, Philip Tan et Nanshu Lu préviennent que malgré les opportunités présentées par le patch, il existe des obstacles à surmonter. En particulier, l’intégration des circuits et du matériel étendus requis pour contrôler suffisamment de transducteurs pour l’imagerie médicale 3D pourrait limiter la maniabilité et la mobilité – ce que la recherche sur les « ultrasons sur puce » pourrait aider.
