웨어러블 초음파 장치는 환자가 일상 생활을 하는 동안 48시간 동안 내부 장기의 연속 영상을 제공할 수 있습니다. MIT(매사추세츠 공과대학) 연구팀이 개발한 이 장치는 부드러운 생체접착성 하이드로겔-탄성중합체 하이브리드를 통해 피부에 부착되는 견고한 압전 초음파 어레이로 구성됩니다. 그들의 연구 결과를 설명 과학연구진은 조깅이나 수분 섭취와 같은 활동 중에 패치가 심장, 위장관, 횡격막 및 폐를 이미지화할 수 있음을 입증했습니다.
초음파는 의료 영상 촬영에 가장 널리 사용되는 도구 중 하나이지만 한계가 있습니다. 초음파 영상은 부피가 크고 특수 장비를 사용하며 환자의 신체에 변환기를 위치시키려면 훈련된 초음파 검사자가 필요합니다. 이는 일반적으로 짧은 정적 세션으로 사용을 제한합니다.
최근 몇 년 동안 지속적이고 비침습적인 의료 모니터링을 위한 웨어러블 장치가 크게 개발되었습니다. 이러한 장치는 다음과 같은 생리학적 데이터를 성공적으로 측정했지만 심장 리듬 와 전기 활동및 대사산물과 전해질 피부 땀으로 내부 장기를 임상적으로 영상화하는 것은 어려운 일이었습니다.
“웨어러블 초음파 영상 도구는 미래의 임상 진단에 큰 잠재력을 가질 것입니다.”라고 제1저자는 설명합니다. 왕 총헤, MIT 대학원생. 그러나 기존 초음파 패치는 해상도와 영상 지속 시간이 상대적으로 낮고, 심부 장기 영상을 촬영할 수 없다”고 말했다.
이전의 웨어러블 초음파 장치는 신축성 있는 변환기 어레이에 의존하는 경향이 있었습니다. 이는 피부에 따라 변형될 수 있지만 이러한 유연성으로 인해 변환기가 서로 상대적으로 이동하여 이미지 품질이 저하됩니다. 또한 유연한 기판은 어레이의 변환기 밀도를 제한하여 이미지 해상도에 영향을 줍니다. 또한 접착제가 피부에 부착되어 초음파 신호를 약화시키는 문제도 있었습니다.
Wang과 동료들이 개발한 새로운 장치에는 신축성 있는 하이드로겔-엘라스토머 하이브리드를 통해 피부에 부착되는 고밀도 압전 소자 배열로 구성된 얇고 견고한 초음파 프로브가 포함되어 있습니다. Wang은 “이 조합을 통해 장치는 변환기의 상대적 위치를 유지하면서 피부에 잘 적응하여 더 선명하고 정확한 이미지를 생성할 수 있습니다.”라고 설명합니다.
90% 수분 하이드로겔은 표준 초음파 검사에 사용되는 젤과 마찬가지로 피부에 고품질 음향 전달을 가능하게 하며, 이를 캡슐화하는 두 개의 얇은 엘라스토머가 건조를 방지합니다. 단단한 초음파 프로브와 피부에 결합하기 위해 생체 접착제로 코팅된 엘라스토머 멤브레인과 생체 접착제의 총 두께는 음향 파장의 XNUMX/XNUMX 미만이므로 음향 전달에 미치는 영향을 최소화합니다. 전체 패치의 크기는 우표와 비슷합니다.
연구진은 다양한 테스트를 통해 웨어러블 장치가 48시간 이상 피부에 강한 접착력을 유지하고 높은 당기는 힘을 견딜 수 있음을 보여주었습니다. 그들은 또한 건강한 자원자를 활용하여 인간 장기의 48시간 연속 영상을 시연했습니다. 영상화되는 기관의 깊이에 따라 서로 다른 주파수를 갖는 초음파 프로브가 사용되었습니다.
연구진은 목 회전 등 역동적인 신체 움직임이 일어나는 동안 목의 경정맥과 경동맥을 지속적으로 영상화할 수 있었다. 그들은 지원자들이 앉거나 서 있다가 누울 때 변화하는 정맥의 직경을 관찰했고, 지원자들이 조깅하는 동안 혈류와 동맥의 압력 변화를 측정할 수 있었습니다. 그들은 또한 조깅이나 사이클링과 같은 운동 전, 도중, 후에 폐 기능, 횡격막 운동 및 심장의 4개 방을 이미지화했습니다. 자원봉사자들이 술을 마시고 주스가 소화 시스템을 통해 이동하는 동안 위가 채워지고 비워지는 것을 관찰했습니다.
로봇 엑소수트는 초음파 영상을 사용해 맞춤형 보행 보조 기능을 제공합니다.
현재 팀은 스티커를 무선으로 만들고 이미지 해석을 돕기 위한 인공 지능 알고리즘을 개발하기 위해 노력하고 있습니다. “우리는 각각 신체의 다른 위치를 이미지화하도록 디자인된 스티커 상자를 가질 수 있다고 상상합니다.”라고 수석 저자는 말합니다. 자오 쉬 안허. "우리는 이것이 웨어러블 장치와 의료 영상 분야의 획기적인 발전을 의미한다고 믿습니다."
관련 항목에 쓰기 원근법 기사, Philip Tan과 Nanshu Lu는 패치가 제공하는 기회에도 불구하고 극복해야 할 장애물이 있다고 경고합니다. 특히, 3D 의료 영상을 위한 충분한 변환기를 제어하는 데 필요한 광범위한 회로와 하드웨어를 통합하면 기동성과 이동성이 제한될 수 있습니다. 이는 "칩 위의 초음파" 연구가 도움이 될 수 있습니다.
