Perangkat ultrasound yang dapat dipakai dapat memberikan 48 jam pencitraan terus menerus dari organ internal saat pasien menjalani kehidupan sehari-hari mereka. Perangkat – dikembangkan oleh tim yang dipimpin di Massachusetts Institute of Technology (MIT) – terdiri dari susunan ultrasound piezoelektrik kaku yang menempel pada kulit melalui hibrida hidrogel-elastomer bioadhesive lembut. Menggambarkan temuan mereka di Ilmu, para peneliti menunjukkan bahwa patch dapat menggambarkan jantung, saluran pencernaan, diafragma dan paru-paru selama aktivitas seperti jogging atau minum cairan.
USG adalah salah satu alat yang paling banyak digunakan untuk pencitraan medis, tetapi memiliki keterbatasan. Pencitraan ultrasonik menggunakan peralatan yang besar dan khusus dan memerlukan ahli sonografi terlatih untuk menempatkan transduser pada tubuh pasien. Ini umumnya membatasi penggunaannya untuk sesi pendek dan statis.
Dalam beberapa tahun terakhir telah terjadi perkembangan signifikan dalam perangkat yang dapat dikenakan untuk pemantauan medis berkelanjutan dan non-invasif. Sementara perangkat tersebut telah berhasil mengukur data fisiologis seperti ritme jantung dan aktivitas listrik, dan metabolit dan elektrolit dalam keringat dari kulit, pencitraan tingkat klinis organ internal telah terbukti menantang.
“Alat pencitraan ultrasound yang dapat dipakai akan memiliki potensi besar di masa depan diagnosis klinis,” jelas penulis pertama Chonghe Wang, seorang mahasiswa pascasarjana MIT. “Namun, resolusi dan durasi pencitraan dari tambalan ultrasound yang ada relatif rendah, dan mereka tidak dapat mencitrakan organ dalam.”
Perangkat ultrasound yang dapat dipakai sebelumnya cenderung mengandalkan susunan transduser yang dapat diregangkan. Meskipun ini dapat berubah bentuk dengan kulit, fleksibilitas ini menyebabkan transduser bergerak relatif satu sama lain, mengurangi kualitas gambar. Substrat fleksibel juga membatasi kepadatan transduser dalam susunan, memengaruhi resolusi gambar. Ada juga masalah dengan perekat yang menempel pada kulit dan meredam sinyal ultrasound.
Perangkat baru yang dikembangkan oleh Wang dan rekan berisi probe ultrasound tipis dan kaku, yang terdiri dari susunan elemen piezoelektrik berdensitas tinggi, yang melekat pada kulit melalui hibrida hidrogel-elastomer yang elastis. “Kombinasi ini memungkinkan perangkat menyesuaikan diri dengan kulit sambil mempertahankan lokasi relatif transduser untuk menghasilkan gambar yang lebih jelas dan lebih presisi,” jelas Wang.
Hidrogel air 90% memungkinkan transmisi akustik berkualitas tinggi ke kulit, seperti gel yang digunakan dalam pemeriksaan ultrasound standar, sedangkan dua elastomer tipis yang membungkusnya mencegahnya mengering. Dilapisi dengan bioadhesive untuk mengikatnya ke probe ultrasound dan kulit yang kaku, ketebalan total membran elastomer dan bioadhesive kurang dari seperempat panjang gelombang akustik untuk meminimalkan dampaknya pada transmisi akustik. Seluruh tambalan berukuran serupa dengan prangko.
Dengan menggunakan berbagai tes, para peneliti menunjukkan bahwa perangkat yang dapat dikenakan dapat mempertahankan daya rekat yang kuat pada kulit selama lebih dari 48 jam dan menahan gaya tarik yang tinggi. Mereka juga menggunakan sukarelawan sehat untuk mendemonstrasikan pencitraan organ manusia secara terus menerus selama 48 jam. Probe ultrasound dengan frekuensi yang berbeda digunakan tergantung pada kedalaman organ yang dicitrakan.
Para peneliti dapat terus menerus mencitrakan vena jugularis dan arteri karotis di leher selama gerakan tubuh yang dinamis seperti rotasi leher. Mereka mengamati diameter vena yang berubah saat relawan bergerak dari duduk atau berdiri ke berbaring, dan mampu mengukur perubahan aliran darah dan tekanan di arteri saat relawan berlari. Mereka juga mencitrakan fungsi paru-paru, gerakan diafragma dan empat ruang jantung sebelum, selama dan setelah berolahraga seperti joging dan bersepeda; dan mengamati perut mengisi dan mengosongkan sebagai relawan minum dan jus bergerak melalui sistem pencernaan mereka.
Exosuit robot menggunakan pencitraan ultrasound untuk memberikan bantuan berjalan yang dipersonalisasi
Tim sekarang bekerja untuk membuat stiker nirkabel dan mengembangkan algoritme kecerdasan buatan untuk membantu menafsirkan gambar. “Kami membayangkan kami dapat memiliki sekotak stiker, masing-masing dirancang untuk menggambarkan lokasi tubuh yang berbeda,” kata penulis senior Xuanhezhao. “Kami percaya ini merupakan terobosan dalam perangkat yang dapat dipakai dan pencitraan medis.”
Menulis di terkait artikel perspektif, Philip Tan dan Nanshu Lu mengingatkan bahwa meskipun ada peluang yang diberikan oleh patch, ada hambatan yang harus diatasi. Secara khusus, menggabungkan sirkuit ekstensif dan perangkat keras yang diperlukan untuk mengontrol transduser yang cukup untuk pencitraan medis 3D dapat membatasi kemampuan manuver dan mobilitas – sesuatu yang dapat membantu penelitian “USG pada chip”.
