A vezeték nélküli ultrahangos monitor edzésre készen áll – Fizika világa

A vezeték nélküli ultrahangos monitor edzésre készen áll – Fizika világa

Időbélyeg: 14. június 2023. 11:00

Egy fénykép, amelyen egy személy csupasz mellkasának felső része látható, az ultrahang chip a szívük bőréhez tapadva. A chip kisebb, mint egy hitelkártya, és nincs csatlakoztatva semmilyen vezetékhez.
A célnak megfelelő: Az új, hordható vezeték nélküli ultrahang rendszer a mellkasra szerelve szívműködés mérésére. (Jó: Muyang Lin)

Amerikai kutatók olyan ultrahangos transzducert terveztek, amely vezeték nélkül továbbítja az információkat, és kényelmesen viselhető a bőrön, kiküszöbölve a korábbi eszközök két fő hiányosságát. Által kifejlesztett Muyang Lin, Sheng Xu és a University of California San Diego (UCSD) munkatársai szerint az új jelátalakítót súlyos szív- és érrendszeri betegségekben szenvedő betegek monitorozására, valamint a sportolók edzésének nyomon követésére lehetne használni.

Az ultrahang-átalakítók úgy működnek, hogy nagyfrekvenciás hanghullámokat továbbítanak a testbe, majd érzékelik a különböző sűrűségű és akusztikai tulajdonságokkal rendelkező szövetekről visszaverődő hullámokat. Az elmúlt évtizedek során a szondák és az áramkörök tervezésének fejlesztései, valamint az ultrahangjelek feldolgozására szolgáló jobb algoritmusok olyan átalakítókat hoztak létre, amelyek képesek alkalmazkodni az ember bőrredőihez. Ez lehetővé tette a készülékek számára az ultrahang jelek folyamatos mérését, ami különösen hasznos a vénák és artériák pulzálásának monitorozására.

Xu laboratóriumának kutatói megtették korábban kifejlesztett hordható ultrahangszondák amely képes nyomon követni a mély szövetek számos fiziológiai paraméterét, beleértve a vérnyomást, a véráramlást és még a szív képalkotását is. Ennek ellenére a technológiának voltak hiányosságai. "Ezek a hordható szondák mindegyike egy terjedelmes géphez van csatlakoztatva az áramellátáshoz és az adatgyűjtéshez, és az emberi mozgás során relatív helyzetük eltolódik, így elveszítik a célpontok nyomát" - magyarázza Lin, az UCSD nanomérnöki doktorandusza és egy tanulmány vezető szerzője. papír be Nature Biotechnology az eszközön.

E hibák miatt a korábbi folyamatos ultrahang-érzékelők súlyosan gátolhatták a viselő mozgását. Ezenkívül gyakori utánállítást igényeltek, amikor a viselők mozogtak.

Ultrahang kötetlen

E problémák megoldására az UCSD csapata egy új eszközt fejlesztett ki, amely egy miniatürizált, rugalmas vezérlőáramkörre épül, amely egy sor átalakítóhoz kapcsolódik. Ez a készülék összegyűjti az ultrahang jeleket, de nem dolgozza fel közvetlenül azokat. Ehelyett vezeték nélkül továbbítja őket egy számítógéphez vagy okostelefonhoz, amely gépi tanulással dolgozza fel őket.

„Kidolgoztunk egy algoritmust, amely automatikusan elemzi a jelet, és kiválasztja azt a csatornát, amely a legjobb jelet adja a mozgó célszöveteken” – magyarázza Lin. "Ezért a célszövetből érkező jelek folyamatosak, még emberi mozgás közben is."

A kutatók ezt a képességet úgy tesztelték, hogy az eszköz segítségével nyomon követték az emberi alany nyaki artériájának helyzetét, miközben figyelemmel kísérték a vér lüktetését. Ez az artéria látja el vérrel a fejet és a nyakat, ezért arra tanították az algoritmust, hogy felismerje az alany fejének különböző mozgásai által okozott elmozdulásokat.

Bár a csapat csak egyetlen alanyon tanította az algoritmust, egy további fejlett adaptációs algoritmus lehetővé tette az új viselők számára, hogy minimális átképzéssel használják az érzékelőt. A betanítást követően az eszköz képes érzékelni a nyaki artéria pulzációjának ultrahangos jeleit akár 164 mm mélyen a bőr alatt, még akkor is, ha a viselő edzett.

Többcélú monitor

Xu és munkatársai eredetileg az érzékelő képességeit vérnyomásmérőként akarták tesztelni. Kísérleteik során azonban felfedezték, hogy más fontos paramétereket is képes figyelni, beleértve az artériák merevségét, a szív által kipumpált vér mennyiségét és a viselője által kilélegzett levegő mennyiségét.

Végső soron a kutatók azt jósolják, hogy tervezésük a lehetőségek széles skáláját nyithatja meg a folyamatos ultrahangos monitorozásban. „A hordható ultrahang technológia használatával leválaszthatjuk a pácienst a terjedelmes gépekről, és automatizálhatjuk az ultrahangos vizsgálatokat” – mondja Lin. „A mélyszöveti fiziológia mozgás közben is nyomon követhető, ami példátlan lehetőségeket kínál az orvosi ultrahang és a gyakorlatélettan számára.”

Ezek a képességek megváltoztathatják a szív- és érrendszeri betegségekben szenvedő betegek életét, mondja Lin. "A veszélyeztetett populációkban a vérnyomás és a perctérfogat rendellenes értékei nyugalomban vagy edzés közben a szívelégtelenség jellemzői" - magyarázza. A pályázatok azonban ezzel nem érnek véget. „Egészséges lakosság számára készülékünk valós időben képes mérni a szív- és érrendszeri válaszokat az edzésre. Így betekintést nyújthat az egyes személyek által kifejtett tényleges edzésintenzitásba, ami irányíthatja a személyre szabott edzésterveket.”

Időbélyeg:

Még több Fizika Világa