Bezprzewodowy ultrasonograf gotowy do treningu – Physics World

Naukowcy z USA zaprojektowali przetwornik ultradźwiękowy, który przesyła informacje bezprzewodowo i można go wygodnie nosić na skórze, przezwyciężając dwie główne wady poprzednich urządzeń. Opracowany przez Muyang Lin, Sheng Xu i współpracownikami z University of California San Diego (UCSD), nowy przetwornik może być używany do monitorowania pacjentów z poważnymi chorobami sercowo-naczyniowymi, a także do pomocy sportowcom w śledzeniu ich treningu.

Przetworniki ultradźwiękowe działają poprzez przesyłanie fal dźwiękowych o wysokiej częstotliwości do ciała, a następnie wykrywanie fal odbitych od tkanek o różnej gęstości i właściwościach akustycznych. W ciągu ostatnich kilkudziesięciu lat ulepszenia konstrukcji sond i obwodów, w połączeniu z lepszymi algorytmami przetwarzania sygnałów ultradźwiękowych, umożliwiły wyprodukowanie przetworników, które mogą dopasowywać się do fałdów skóry człowieka. Umożliwiło to urządzeniom ciągły pomiar sygnałów ultradźwiękowych, co jest szczególnie przydatne do monitorowania pulsacji żył i tętnic.

Badacze z laboratorium Xu mieli opracowane wcześniej sondy ultradźwiękowe do noszenia które mogłoby monitorować kilka parametrów fizjologicznych tkanek głębokich, w tym ciśnienie krwi, przepływ krwi, a nawet obrazowanie serca. Mimo to technologia miała pewne wady. „Te nadające się do noszenia sondy są podłączone do nieporęcznej maszyny w celu zasilania i gromadzenia danych, a podczas ruchu człowieka zmieniają pozycję względną, powodując utratę śledzenia celów”, wyjaśnia Lin, doktorant w dziedzinie nanoinżynierii na UCSD i główny autor papier w Nature Biotechnology na urządzeniu.

Z powodu tych wad poprzednie czujniki ultradźwiękowe do pracy ciągłej mogły poważnie ograniczać mobilność użytkownika. Wymagały również częstych dostosowań, gdy użytkownicy się przemieszczali.

Ultradźwięki bez ograniczeń

Aby rozwiązać te problemy, zespół UCSD opracował nowe urządzenie oparte na zminiaturyzowanym, elastycznym obwodzie sterującym, który łączy się z szeregiem przetworników. To urządzenie zbiera sygnały ultradźwiękowe, ale nie przetwarza ich bezpośrednio. Zamiast tego przekazuje je bezprzewodowo do komputera lub smartfona, który przetwarza je za pomocą uczenia maszynowego.

„Opracowaliśmy algorytm do automatycznej analizy sygnału i wybierania kanału, który ma najlepszy sygnał w poruszającej się tkance docelowej” — wyjaśnia Lin. „Dlatego sygnały z tkanki docelowej są ciągłe, nawet podczas ruchu człowieka”.

Naukowcy przetestowali tę zdolność, używając urządzenia do śledzenia pozycji tętnicy szyjnej człowieka, jednocześnie monitorując pulsację krwi w niej. Ta tętnica dostarcza krew do głowy i szyi, więc wytrenowali algorytm rozpoznawania przemieszczeń spowodowanych różnymi ruchami głowy badanego.

Chociaż zespół przeszkolił algorytm tylko w jednym temacie, bardziej zaawansowany algorytm adaptacyjny umożliwił nowym użytkownikom korzystanie z czujnika przy minimalnym przeszkoleniu. Po przeszkoleniu urządzenie było w stanie wykrywać sygnały ultradźwiękowe pulsacji tętnicy szyjnej na głębokość 164 mm pod skórą, nawet gdy użytkownik ćwiczył.

Wielofunkcyjny monitor

Xu i współpracownicy pierwotnie zamierzali przetestować możliwości czujnika jako ciśnieniomierza. Jednak dzięki swoim eksperymentom odkryli, że może również monitorować inne ważne parametry, w tym sztywność tętnic, objętość krwi wypompowywanej przez serce i ilość powietrza wydychanego przez użytkownika.

Poręczny czujnik ultradźwiękowy zapewnia ciągłe obrazowanie serca

Ostatecznie naukowcy przewidują, że ich projekt może otworzyć szeroki zakres możliwości ciągłego monitorowania ultrasonograficznego. „Korzystając z technologii ultradźwiękowej do noszenia, możemy uwolnić pacjenta od nieporęcznych urządzeń i zautomatyzować badania ultradźwiękowe” — mówi Lin. „Fizjologię tkanek głębokich można monitorować w ruchu, co zapewnia bezprecedensowe możliwości ultrasonografii medycznej i fizjologii wysiłku”.

Te możliwości mogą zmienić życie pacjentów z chorobami sercowo-naczyniowymi, mówi Lin. „W populacjach zagrożonych nieprawidłowe wartości ciśnienia krwi i pojemności minutowej serca w spoczynku lub podczas ćwiczeń są cechami charakterystycznymi niewydolności serca” – wyjaśnia. Ale zastosowania na tym się nie kończą. „W przypadku zdrowej populacji nasze urządzenie może mierzyć reakcje układu sercowo-naczyniowego na ćwiczenia w czasie rzeczywistym. W ten sposób może zapewnić wgląd w rzeczywistą intensywność treningu wykonywaną przez każdą osobę, co może pomóc w sformułowaniu spersonalizowanych planów treningowych”.

• Dystrybucja treści i PR oparta na SEO. Uzyskaj wzmocnienie już dziś.
• EVM Finanse. Ujednolicony interfejs dla zdecentralizowanych finansów. Dostęp tutaj.
• Quantum Media Group. Wzmocnienie IR/PR. Dostęp tutaj.
• PlatoAiStream. Analiza danych Web3. Wiedza wzmocniona. Dostęp tutaj.
• Źródło: https://physicsworld.com/a/wireless-ultrasound-monitor-is-ready-for-a-workout/