운동할 준비가 된 무선 초음파 모니터 – Physics World

미국 연구진이 무선으로 정보를 전달하고 피부에 편안하게 착용할 수 있는 초음파 트랜스듀서를 설계해 기존 기기의 두 가지 단점을 극복했다. 에 의해 개발 무양 린, 쉬셩 UCSD(University of California San Diego)의 동료들과 함께 새로운 변환기를 사용하여 심각한 심혈관 질환이 있는 환자를 모니터링하고 운동 선수가 훈련을 추적하도록 도울 수 있습니다.

초음파 변환기는 고주파 음파를 신체에 전송한 다음 밀도와 음향 특성이 다른 조직에서 반사되는 파동을 감지하는 방식으로 작동합니다. 지난 수십 년 동안 초음파 신호를 처리하기 위한 더 나은 알고리즘과 결합된 프로브 및 회로 설계의 개선으로 사람의 피부 주름에 맞출 수 있는 변환기가 생산되었습니다. 이를 통해 장치는 초음파 신호를 지속적으로 측정할 수 있으며, 이는 특히 정맥과 동맥의 맥동을 모니터링하는 데 유용합니다.

Xu 연구실의 연구원들은 기존에 개발된 웨어러블 초음파 프로브 혈압, 혈류 및 심장 영상을 포함한 심부 조직의 여러 생리적 매개변수를 모니터링할 수 있습니다. 그럼에도 불구하고 이 기술에는 몇 가지 단점이 있었습니다. "이 웨어러블 프로브는 모두 전력 및 데이터 수집을 위해 부피가 큰 기계에 연결되어 있으며 사람이 움직이는 동안 상대 위치가 이동하여 대상을 추적하지 못하게 합니다."라고 UCSD의 나노공학 박사 과정 학생이자 안에 종이 자연 생명 공학 장치에.

이러한 결함으로 인해 이전의 연속 초음파 센서는 착용자의 이동성을 심각하게 제한할 수 있었습니다. 또한 착용자가 움직일 때 자주 재조정해야 했습니다.

묶이지 않은 초음파

이러한 문제를 해결하기 위해 UCSD 팀은 일련의 변환기와 인터페이스하는 소형의 유연한 제어 회로를 기반으로 하는 새로운 장치를 개발했습니다. 이 장치는 초음파 신호를 수집하지만 직접 처리하지는 않습니다. 대신 기계 학습을 사용하여 처리하는 컴퓨터나 스마트폰에 무선으로 전달합니다.

"우리는 신호를 자동으로 분석하고 움직이는 표적 조직에서 최상의 신호를 가진 채널을 선택하는 알고리즘을 개발했습니다."라고 Lin은 설명합니다. "따라서 대상 조직의 신호는 사람이 움직이는 동안에도 연속적입니다."

연구자들은 피험자의 경동맥 위치를 추적하는 장치를 사용하여 내부 혈액의 맥동을 모니터링함으로써 이 기능을 테스트했습니다. 이 동맥은 머리와 목에 혈액을 공급하므로 피험자 머리의 다양한 움직임으로 인한 변위를 인식하도록 알고리즘을 훈련했습니다.

팀은 단일 주제에 대해서만 알고리즘을 훈련했지만, 고급 적응 알고리즘을 통해 새로운 착용자가 최소한의 재훈련으로 센서를 사용할 수 있었습니다. 일단 훈련을 받으면 이 장치는 착용자가 운동을 하고 있을 때에도 피부 아래 164mm 깊이의 경동맥 맥동의 초음파 신호를 감지할 수 있습니다.

다용도 모니터

Xu와 동료들은 원래 혈압 모니터로서 센서의 기능을 테스트하려고 했습니다. 그러나 실험을 통해 동맥 경직도, 심장에서 내보내는 혈액량, 착용자가 내쉬는 공기량 등 다른 중요한 매개변수도 모니터링할 수 있다는 사실을 발견했습니다.

웨어러블 초음파 센서는 지속적인 심장 영상을 제공합니다.

궁극적으로 연구원들은 그들의 설계가 지속적인 초음파 모니터링을 위한 광범위한 가능성을 열 수 있다고 예측합니다. "웨어러블 초음파 기술을 사용하여 부피가 큰 기계에서 환자를 묶지 않고 초음파 검사를 자동화할 수 있습니다."라고 Lin은 말합니다. "심부 조직 생리학은 움직이는 동안 모니터링할 수 있으며, 이는 의료 초음파 촬영 및 운동 생리학에 전례 없는 기회를 제공합니다."

이러한 기능은 심혈관 질환을 앓고 있는 환자의 삶을 변화시킬 수 있다고 Lin은 말합니다. "위험에 처한 인구의 경우 비정상적인 혈압 값과 휴식 중 또는 운동 중 심박출량은 심부전의 특징입니다."라고 그는 설명합니다. 그러나 응용 프로그램은 여기서 끝나지 않습니다. “건강한 인구를 위해 우리 장치는 운동에 대한 심혈관 반응을 실시간으로 측정할 수 있습니다. 따라서 각 개인이 발휘하는 실제 운동 강도에 대한 통찰력을 제공하여 개인화된 훈련 계획 수립을 안내할 수 있습니다.”

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