Egy hordható ultrahangos készülék 48 órán keresztül képes a belső szervek folyamatos képalkotására, miközben a betegek élik mindennapjaikat. A Massachusetts Institute of Technology (MIT) vezető csapata által kifejlesztett eszköz egy merev piezoelektromos ultrahangrendszerből áll, amely puha bioadhezív hidrogél-elasztomer hibriden keresztül tapad a bőrhöz. Eredményeik leírása a TudományA kutatók bebizonyították, hogy a tapasz képes a szív, a gyomor-bél traktus, a rekeszizom és a tüdő képét ábrázolni olyan tevékenységek során, mint a kocogás vagy a folyadékivás.
Az ultrahang az orvosi képalkotás egyik legszélesebb körben használt eszköze, de megvannak a maga korlátai. Az ultrahangos képalkotás terjedelmes és speciális berendezéseket használ, és képzett szonográfusokra van szükség ahhoz, hogy a transzducert a páciens testére helyezzék. Ez általában a rövid, statikus munkamenetekre korlátozza a használatát.
Az elmúlt években jelentős fejlesztések történtek a folyamatos és non-invazív orvosi monitorozáshoz használható hordható eszközök terén. Míg az ilyen eszközök sikeresen mértek élettani adatokat, mint pl szívritmus és a elektromos aktivitásés metabolitok és elektrolitok a bőr izzadságában a belső szervek klinikai minőségű képalkotása kihívást jelent.
"A hordható ultrahang képalkotó eszköz óriási lehetőségeket rejtene a klinikai diagnózis jövőjében" - magyarázza az első szerző Chonghe Wang, MIT végzős hallgató. "A meglévő ultrahangfoltok felbontása és képalkotási időtartama azonban viszonylag alacsony, és nem képesek mély szerveket leképezni."
A korábbi viselhető ultrahangos eszközök hajlamosak voltak nyújtható jelátalakító tömbökre támaszkodni. Bár ezek deformálódhatnak a bőrrel együtt, ez a rugalmasság arra készteti a jelátalakítókat, hogy egymáshoz képest elmozdulnak, ami csökkenti a képminőséget. A rugalmas hordozók korlátozzák a jelátalakítók sűrűségét is a tömbben, ami befolyásolja a képfelbontást. Problémák adódtak azzal is, hogy a ragasztók a bőrön maradtak, és csillapítják az ultrahangjelet.
A Wang és munkatársai által kifejlesztett új készülék vékony és merev ultrahangszondát tartalmaz, amely nagy sűrűségű piezoelektromos elemekből áll, és rugalmas hidrogél-elasztomer hibriden keresztül tapad a bőrhöz. "Ez a kombináció lehetővé teszi, hogy az eszköz alkalmazkodjon a bőrhöz, miközben megtartja a jelátalakítók relatív elhelyezkedését, hogy tisztább és pontosabb képeket készítsen" - magyarázza Wang.
A 90%-os vízhidrogél kiváló minőségű akusztikus átvitelt tesz lehetővé a bőr felé, hasonlóan a szokásos ultrahangos vizsgálatoknál használt gélekhez, míg a két vékony elasztomer, amely kapszulázza, megakadályozza a bőr kiszáradását. A merev ultrahangszondához és a bőrhöz való kötődés érdekében bioadhezív anyaggal bevont elasztomer membrán és bioadhezív teljes vastagsága kevesebb, mint az akusztikus hullámhossz egynegyede, hogy minimalizálja az akusztikus átvitelre gyakorolt hatását. Az egész tapasz mérete hasonló a postai bélyeghez.
Különféle tesztek segítségével a kutatók kimutatták, hogy a hordható eszköz több mint 48 órán keresztül képes erős tapadást fenntartani a bőrön, és ellenáll a nagy húzóerőknek. Egészséges önkénteseket is felhasználtak az emberi szervek 48 órás folyamatos képalkotásának bemutatására. A vizsgált szervek mélységétől függően különböző frekvenciájú ultrahangszondákat használtunk.
A kutatók képesek voltak folyamatosan leképezni a nyaki vénát és a nyaki artériát dinamikus testmozgások során, például a nyak forgását. Megfigyelték a véna átmérőjének változását, amikor az önkéntesek ülőből vagy állóból fekvésbe költöztek, és meg tudták mérni a véráramlás és a nyomás változásait az artériában, miközben az önkéntesek kocogtak. Leképeztek a tüdőfunkciót, a rekeszizom mozgását és a szív négy kamráját is edzés előtt, alatt és után, mint például a kocogás és a kerékpározás; és megfigyelték a gyomor megtelését és kiürülését, ahogy az önkéntesek isznak, és a lé áthaladt az emésztőrendszerükön.
A robot exosuit ultrahangos képalkotást használ, hogy személyre szabott gyaloglási segítséget nyújtson
A csapat jelenleg a matricák vezeték nélkülivé tételén dolgozik, és mesterséges intelligencia algoritmusokat fejleszt a képek értelmezésében. „Azt képzeljük, hogy lehetne egy doboz matricánk, amelyek mindegyike a test más-más helyét ábrázolja” – mondja a vezető szerző Xuanhezhao. "Úgy gondoljuk, hogy ez áttörést jelent a hordható eszközök és az orvosi képalkotás terén."
Egy kapcsolódó írás perspektíva cikk, Philip Tan és Nanshu Lu arra figyelmeztetnek, hogy a javítás adta lehetőségek ellenére vannak még leküzdendő akadályok. Különösen a 3D-s orvosi képalkotáshoz elegendő transzducer vezérléséhez szükséges kiterjedt áramkör és hardver beépítése korlátozhatja a manőverezést és a mobilitást – amiben az „ultrahang a chipen” kutatás segíthet.
