Un dispozitiv cu ultrasunete purtabil poate oferi 48 de ore de imagistică continuă a organelor interne în timp ce pacienții își desfășoară viața de zi cu zi. Dispozitivul – dezvoltat de o echipă condusă de la Massachusetts Institute of Technology (MIT) – constă dintr-o matrice rigidă de ultrasunete piezoelectrice care se lipește de piele printr-un hibrid bioadeziv moale hidrogel-elastomer. Descriind constatările lor în Ştiinţă, cercetatorii demonstreaza ca plasturele poate imaginea inima, tractul gastrointestinal, diafragma si plamanii in timpul activitatilor precum jogging sau consumul de lichide.
Ecografia este unul dintre cele mai utilizate instrumente pentru imagistica medicală, dar are limitările sale. Imagistica cu ultrasunete folosește echipamente voluminoase și specializate și necesită ecografiști instruiți pentru a poziționa traductorul pe corpul pacientului. Acest lucru limitează, în general, utilizarea sa la sesiuni scurte, statice.
În ultimii ani s-au înregistrat evoluții semnificative în ceea ce privește dispozitivele purtabile pentru monitorizarea medicală continuă și neinvazivă. În timp ce astfel de dispozitive au măsurat cu succes date fiziologice precum ritmul inimii și activitatea electrică, și metaboliți și electroliți în transpirația pielii, imagistica de grad clinic a organelor interne s-a dovedit o provocare.
„Un instrument de imagistică cu ultrasunete purtabil ar avea un potențial imens în viitorul diagnosticului clinic”, explică primul autor Chonghe Wang, un student absolvent al MIT. „Cu toate acestea, rezoluția și durata imagistică a plasturilor cu ultrasunete existente este relativ scăzută și nu pot realiza imagini de organe profunde.”
Dispozitivele cu ultrasunete portabile anterioare au avut tendința să se bazeze pe rețele de traductoare extensibile. În timp ce acestea se pot deforma cu pielea, această flexibilitate face ca traductoarele să se miște unul față de celălalt, reducând calitatea imaginii. Substraturile flexibile limitează, de asemenea, densitatea traductoarelor din matrice, influențând rezoluția imaginii. Au existat, de asemenea, probleme cu adezivii care rămân atașați de piele și reduc semnalul cu ultrasunete.
Noul dispozitiv dezvoltat de Wang și colegii săi conține o sondă cu ultrasunete subțire și rigidă, constând dintr-o serie de elemente piezoelectrice de înaltă densitate, care aderă la piele printr-un hibrid elastic hidrogel-elastomer. „Această combinație permite dispozitivului să se conformeze pielii, menținând în același timp locația relativă a traductoarelor pentru a genera imagini mai clare și mai precise”, explică Wang.
Hidrogelul cu 90% apă permite o transmisie acustică de înaltă calitate către piele, la fel ca gelurile utilizate într-un examen cu ultrasunete standard, în timp ce cei doi elastomeri subțiri care îl încapsulează împiedică uscarea acestuia. Acoperit cu bioadeziv pentru a-l lega de sonda rigidă cu ultrasunete și piele, grosimea totală a membranei elastomerului și a bioadezivului este mai mică de un sfert din lungimea de undă acustică pentru a minimiza impactul acesteia asupra transmisiei acustice. Întregul patch este similar ca mărime cu un timbru poștal.
Folosind o varietate de teste, cercetătorii au arătat că dispozitivul purtabil poate menține o aderență puternică la piele mai mult de 48 de ore și poate rezista la forțe mari de tracțiune. Ei au folosit, de asemenea, voluntari sănătoși pentru a demonstra imagistica continuă de 48 de ore a organelor umane. S-au folosit sonde cu ultrasunete cu frecvențe diferite, în funcție de adâncimea organelor care sunt fotografiate.
Cercetătorii au reușit să imagineze în mod continuu vena jugulară și artera carotidă din gât în timpul mișcărilor dinamice ale corpului, cum ar fi rotațiile gâtului. Ei au observat modificarea diametrului venei pe măsură ce voluntarii s-au mutat de la șezut sau în picioare la culcat și au putut măsura modificările fluxului sanguin și presiunii în arteră în timp ce voluntarii făceau jogging. Ei au fotografiat, de asemenea, funcția pulmonară, mișcarea diafragmei și cele patru camere ale inimii înainte, în timpul și după exerciții, cum ar fi jogging și ciclism; și a observat cum se umplea și se golește stomacul în timp ce voluntarii beau și sucul se mișca prin sistemul lor digestiv.
Exosuit robotizat folosește imagistica cu ultrasunete pentru a oferi asistență personalizată la mers
Echipa lucrează acum pentru a face autocolantele wireless și dezvoltă algoritmi de inteligență artificială pentru a ajuta la interpretarea imaginilor. „Ne imaginăm că am putea avea o cutie de autocolante, fiecare proiectată să imagineze o locație diferită a corpului”, spune autorul principal. Xuanhezhao. „Credem că aceasta reprezintă o descoperire în ceea ce privește dispozitivele portabile și imagistica medicală.”
Scrierea într-un asociat articol de perspectivă, Philip Tan și Nanshu Lu avertizează că, în ciuda oportunităților prezentate de plasture, există obstacole de depășit. În special, încorporarea circuitelor extinse și a hardware-ului necesar pentru a controla suficienti traductoare pentru imagistica medicală 3D ar putea limita manevrabilitatea și mobilitatea - ceva cu care cercetarea „ultrasunete pe cip” ar putea ajuta.
