Um dispositivo de ultrassom vestível pode fornecer 48 horas de imagens contínuas de órgãos internos enquanto os pacientes realizam suas vidas diárias. O dispositivo – desenvolvido por uma equipe liderada pelo Instituto de Tecnologia de Massachusetts (MIT) – consiste em um conjunto rígido de ultrassom piezoelétrico que adere à pele por meio de um híbrido hidrogel-elastômero bioadesivo macio. Descrevendo suas descobertas em Ciência, os pesquisadores demonstram que o adesivo pode gerar imagens do coração, do trato gastrointestinal, do diafragma e dos pulmões durante atividades como correr ou beber líquidos.
O ultrassom é uma das ferramentas mais utilizadas para imagens médicas, mas tem suas limitações. A imagem ultrassônica utiliza equipamentos volumosos e especializados e requer ultrassonografistas treinados para posicionar o transdutor no corpo do paciente. Isso geralmente limita seu uso a sessões curtas e estáticas.
Nos últimos anos, houve desenvolvimentos significativos em dispositivos vestíveis para monitoramento médico contínuo e não invasivo. Embora tais dispositivos tenham medido com sucesso dados fisiológicos, como Ritmo do coração e atividade elétrica e metabólitos e eletrólitos no suor da pele, imagens de órgãos internos de nível clínico têm se mostrado desafiadoras.
“Uma ferramenta de imagem de ultrassom vestível teria um enorme potencial no futuro do diagnóstico clínico”, explica o primeiro autor Chonghe Wang, um estudante de pós-graduação do MIT. “No entanto, a resolução e a duração da imagem dos patches de ultrassom existentes são relativamente baixas e eles não conseguem gerar imagens de órgãos profundos.”
Os dispositivos de ultrassom vestíveis anteriores tendiam a depender de conjuntos de transdutores extensíveis. Embora estes possam deformar-se com a pele, esta flexibilidade faz com que os transdutores se movam um em relação ao outro, reduzindo a qualidade da imagem. Substratos flexíveis também limitam a densidade dos transdutores na matriz, impactando a resolução da imagem. Também houve problemas com os adesivos que permaneceram presos à pele e amortecendo o sinal de ultrassom.
O novo dispositivo desenvolvido por Wang e colegas contém uma sonda de ultrassom fina e rígida, composta por um conjunto de elementos piezoelétricos de alta densidade, que adere à pele por meio de um híbrido elástico de hidrogel-elastômero. “Essa combinação permite que o dispositivo se adapte à pele, mantendo a localização relativa dos transdutores para gerar imagens mais nítidas e precisas”, explica Wang.
O hidrogel com 90% de água permite uma transmissão acústica de alta qualidade para a pele, tal como os géis utilizados num exame de ultrassom padrão, enquanto os dois elastómeros finos que o encapsulam evitam que resseque. Revestido com bioadesivo para fixá-lo à sonda rígida de ultrassom e à pele, a espessura total da membrana de elastômero e do bioadesivo é inferior a um quarto do comprimento de onda acústico para minimizar seu impacto na transmissão acústica. Todo o patch é semelhante em tamanho a um selo postal.
Usando uma variedade de testes, os pesquisadores mostraram que o dispositivo vestível pode manter uma forte adesão à pele por mais de 48 horas e suportar altas forças de tração. Eles também usaram voluntários saudáveis para demonstrar imagens contínuas de órgãos humanos por 48 horas. Sondas de ultrassom com frequências diferentes foram utilizadas dependendo da profundidade dos órgãos sendo visualizados.
Os pesquisadores conseguiram obter imagens contínuas da veia jugular e da artéria carótida no pescoço durante movimentos dinâmicos do corpo, como rotações do pescoço. Eles observaram o diâmetro da veia mudando à medida que os voluntários passavam da posição sentada ou em pé para a posição deitada, e foram capazes de medir as mudanças no fluxo sanguíneo e na pressão na artéria enquanto os voluntários corriam. Eles também obtiveram imagens da função pulmonar, do movimento do diafragma e das quatro câmaras do coração antes, durante e após exercícios, como corrida e ciclismo; e observou o estômago enchendo e esvaziando enquanto os voluntários bebiam e o suco passava pelo sistema digestivo.
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A equipe agora está trabalhando para tornar os adesivos sem fio e desenvolvendo algoritmos de inteligência artificial para ajudar a interpretar as imagens. “Imaginamos que poderíamos ter uma caixa de adesivos, cada um projetado para representar uma localização diferente do corpo”, diz o autor sênior. Xuanezhao. “Acreditamos que isso representa um avanço em dispositivos vestíveis e imagens médicas.”
Escrevendo em um associado artigo de perspectiva, Philip Tan e Nanshu Lu alertam que, apesar das oportunidades apresentadas pelo patch, há obstáculos a serem superados. Em particular, a incorporação de extensos circuitos e hardware necessários para controlar transdutores suficientes para imagens médicas 3D poderia limitar a capacidade de manobra e a mobilidade – algo em que a investigação do “ultrassom num chip” poderia ajudar.
