Il monitor a ultrasuoni wireless è pronto per un allenamento - Physics World

I ricercatori negli Stati Uniti hanno progettato un trasduttore a ultrasuoni che trasmette informazioni in modalità wireless e può essere indossato comodamente sulla pelle, superando due principali carenze dei dispositivi precedenti. Sviluppato da Muyang Lin, Sheng Xu e colleghi dell'Università della California di San Diego (UCSD), il nuovo trasduttore potrebbe essere utilizzato per monitorare i pazienti con gravi condizioni cardiovascolari, nonché per aiutare gli atleti a tenere traccia del loro allenamento.

I trasduttori a ultrasuoni funzionano trasmettendo onde sonore ad alta frequenza nel corpo, quindi rilevando le onde riflesse dai tessuti che hanno densità e proprietà acustiche diverse. Negli ultimi decenni, i miglioramenti apportati ai progetti di sonde e circuiti, combinati con migliori algoritmi per l'elaborazione dei segnali ultrasonici, hanno prodotto trasduttori in grado di adattarsi alle pieghe della pelle di una persona. Ciò ha consentito ai dispositivi di misurare continuamente i segnali ultrasonici, il che è particolarmente utile per monitorare il battito di vene e arterie.

I ricercatori nel laboratorio di Xu avevano sonde ecografiche indossabili precedentemente sviluppate che potrebbe monitorare diversi parametri fisiologici dei tessuti profondi, tra cui la pressione sanguigna, il flusso sanguigno e persino l'imaging cardiaco. Anche così, la tecnologia presentava alcune carenze. "Queste sonde indossabili sono tutte collegate a una macchina ingombrante per l'alimentazione e la raccolta dei dati e si sposteranno in posizione relativa durante il movimento umano, facendogli perdere traccia degli obiettivi", spiega Lin, uno studente di dottorato in nanoingegneria presso l'UCSD e autore principale di un carta dentro Nature Biotechnology sul dispositivo.

A causa di questi difetti, i precedenti sensori a ultrasuoni continui potevano seriamente inibire la mobilità di chi li indossa. Richiedevano anche frequenti aggiustamenti man mano che chi li indossava si spostava.

Ultrasuoni senza vincoli

Per risolvere questi problemi, il team dell'UCSD ha sviluppato un nuovo dispositivo basato su un circuito di controllo miniaturizzato e flessibile che si interfaccia con una serie di trasduttori. Questo dispositivo raccoglie i segnali ultrasonici ma non li elabora direttamente. Invece, li inoltra in modalità wireless a un computer o smartphone, che li elabora utilizzando l'apprendimento automatico.

«Abbiamo sviluppato un algoritmo per analizzare automaticamente il segnale e selezionare il canale con il segnale migliore sul tessuto bersaglio in movimento», spiega Lin. "Pertanto, i segnali dal tessuto bersaglio sono continui, anche durante il movimento umano".

I ricercatori hanno testato questa capacità utilizzando il dispositivo per tracciare la posizione dell'arteria carotide di un soggetto umano monitorando al contempo la pulsazione del sangue all'interno. Questa arteria fornisce sangue alla testa e al collo, quindi hanno addestrato l'algoritmo a riconoscere gli spostamenti causati dai diversi movimenti della testa del soggetto.

Sebbene il team abbia addestrato l'algoritmo solo su un singolo soggetto, un ulteriore algoritmo di adattamento avanzato ha consentito ai nuovi portatori di utilizzare il sensore con una riqualificazione minima. Una volta addestrato, il dispositivo potrebbe rilevare i segnali a ultrasuoni della pulsazione dell'arteria carotide fino a 164 mm di profondità sotto la pelle, anche quando chi lo indossa si sta esercitando.

Monitor multiuso

Xu e colleghi originariamente intendevano testare le capacità del sensore come monitor della pressione sanguigna. Attraverso i loro esperimenti, tuttavia, hanno scoperto che poteva anche monitorare altri parametri importanti, tra cui la rigidità arteriosa, il volume di sangue pompato dal cuore e la quantità di aria espirata da chi lo indossava.

Il sensore a ultrasuoni indossabile fornisce immagini cardiache continue

In definitiva, i ricercatori prevedono che il loro design potrebbe aprire un'ampia gamma di possibilità per il monitoraggio ecografico continuo. "Utilizzando la tecnologia a ultrasuoni indossabile, possiamo svincolare il paziente da macchine ingombranti e automatizzare gli esami a ultrasuoni", afferma Lin. "La fisiologia dei tessuti profondi può essere monitorata in movimento, il che offre opportunità senza precedenti per l'ecografia medica e la fisiologia dell'esercizio".

Queste capacità potrebbero cambiare la vita dei pazienti che vivono con condizioni cardiovascolari, afferma Lin. "Per le popolazioni a rischio, valori anormali di pressione sanguigna e gittata cardiaca a riposo o durante l'esercizio sono segni distintivi di insufficienza cardiaca", spiega. Ma le applicazioni non finiscono qui. “Per una popolazione sana, il nostro dispositivo può misurare le risposte cardiovascolari all'esercizio in tempo reale. Pertanto, può fornire informazioni sull'effettiva intensità di allenamento esercitata da ciascuna persona, che può guidare la formulazione di piani di allenamento personalizzati.

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• Fonte: https://physicsworld.com/a/wireless-ultrasound-monitor-is-ready-for-a-workout/