超音波ステッカーは、内臓の連続画像を提供します

ウェアラブル超音波装置は、患者が日常生活を送っている間、内臓の連続画像を 48 時間提供できます。 マサチューセッツ工科大学 (MIT) を率いるチームによって開発されたこのデバイスは、柔らかい生体接着性ヒドロゲルとエラストマーのハイブリッドを介して皮膚にくっつく剛性の圧電超音波アレイで構成されています。 調査結果の説明 科学、研究者は、ジョギングや水分摂取などの活動中に、パッチが心臓、消化管、横隔膜、肺を画像化できることを実証しています。

超音波は、医療画像処理で最も広く使用されているツールの XNUMX つですが、限界があります。 超音波画像診断では、かさばる特殊な装置が使用され、訓練を受けた超音波検査技師がトランスデューサを患者の体に配置する必要があります。 これにより、通常、その使用は短い静的セッションに制限されます。

近年、継続的かつ非侵襲的な医療モニタリング用のウェアラブル デバイスが大幅に開発されています。 このようなデバイスは、次のような生理学的データの測定に成功していますが、 心臓リズム & 電気的活動, 代謝物と電解質 皮膚からの汗では、内臓の臨床グレードのイメージングは​​困難であることが証明されています。

「ウェアラブル超音波画像診断ツールは、臨床診断の将来に大きな可能性を秘めています」と第一著者は説明します 王崇河、MITの大学院生。 「しかし、既存の超音波パッチの解像度とイメージング持続時間は比較的低く、深部臓器をイメージングすることはできません。」

以前のウェアラブル超音波デバイスは、伸縮可能なトランスデューサ アレイに依存する傾向がありました。 これらは皮膚とともに変形する可能性がありますが、この柔軟性によりトランスデューサが相互に移動し、画質が低下します。 柔軟な基板はまた、アレイ内のトランスデューサの密度を制限し、画像の解像度に影響を与えます。 また、接着剤が皮膚に付着したままになり、超音波信号が減衰するという問題もありました。

Wang と同僚が開発した新しいデバイスには、圧電素子の高密度アレイで構成される薄くて硬い超音波プローブが含まれており、伸縮性のあるヒドロゲルとエラストマーのハイブリッドを介して皮膚に付着します。 「この組み合わせにより、トランスデューサの相対的な位置を維持しながらデバイスを皮膚に適合させ、より鮮明で正確な画像を生成することができます」と Wang 氏は説明します。

水分 90% のハイドロゲルは、標準的な超音波検査で使用されるゲルと同様に、皮膚への高品質の音響伝達を可能にし、それをカプセル化する XNUMX つの薄いエラストマーが乾燥を防ぎます。 硬質超音波プローブと皮膚に接着するために生体接着剤でコーティングされており、エラストマー膜と生体接着剤の合計の厚さは、音響透過への影響を最小限に抑えるために音響波長の XNUMX 分の XNUMX 未満です。 パッチ全体のサイズは、郵便切手と同様です。

さまざまなテストを使用して、研究者はウェアラブル デバイスが 48 時間以上皮膚への強力な接着を維持し、高い引っ張り力に耐えることができることを示しました。 彼らはまた、健康なボランティアを使用して、人間の臓器の 48 時間連続イメージングを実証しました。 画像化されている臓器の深さに応じて、異なる周波数の超音波プローブが使用されました。

研究者は、首の回転などの動的な体の動きの間、首の頸静脈と頸動脈を連続的に画像化することができました。 彼らは、ボランティアが座ったり立ったりから横になったりするにつれて変化する静脈の直径を観察し、ボランティアがジョギングしている間の血流と動脈の圧力の変化を測定することができました. また、ジョギングやサイクリングなどの運動前、運動中、運動後の肺機能、横隔膜の動き、心臓の XNUMX つの部屋を画像化しました。 そして、ボランティアが飲んでジュースが消化器系を通って移動するにつれて、胃が満たされたり空になったりするのを観察しました.

チームは現在、ステッカーのワイヤレス化と、画像の解釈に役立つ人工知能アルゴリズムの開発に取り組んでいます。 「それぞれが体の異なる位置をイメージするように設計されたステッカーの箱を作ることができると思います」と上級著者は言います 玄河 Z Xhe. 「これは、ウェアラブル デバイスと医用画像処理におけるブレークスルーであると信じています。」

関連記事への書き込み 視点記事、Philip Tan および Nanshu Lu は、パッチによって提供される機会にもかかわらず、克服すべき障害があると警告しています。 特に、3D 医用画像処理に十分なトランスデューサを制御するために必要な大規模な回路とハードウェアを組み込むと、操作性と可動性が制限される可能性があります。これは、「チップ上の超音波」研究が役立つ可能性があります。