Nosljiva ultrazvočna naprava lahko zagotovi 48 ur neprekinjenega slikanja notranjih organov, medtem ko pacienti opravljajo vsakdanje življenje. Naprava, ki jo je razvila skupina na čelu z Massachusetts Institute of Technology (MIT), je sestavljena iz togega piezoelektričnega ultrazvočnega niza, ki se prilepi na kožo prek mehkega bioadhezivnega hibrida hidrogel-elastomer. Svoje ugotovitve opisujejo v Znanost, raziskovalci dokazujejo, da lahko obliž slika srce, prebavila, diafragmo in pljuča med dejavnostmi, kot sta tek ali pitje tekočine.
Ultrazvok je eno najbolj razširjenih orodij za medicinsko slikanje, vendar ima svoje omejitve. Ultrazvočno slikanje uporablja zajetno in specializirano opremo ter zahteva usposobljene sonografe, da namestijo pretvornik na pacientovo telo. To na splošno omejuje njegovo uporabo na kratke, statične seje.
V zadnjih letih je prišlo do pomembnega razvoja nosljivih naprav za neprekinjeno in neinvazivno medicinsko spremljanje. Medtem ko so takšne naprave uspešno izmerile fiziološke podatke, kot npr srčni ritem in električna aktivnostin metabolitov in elektrolitov pri potu s kože se je klinično slikanje notranjih organov izkazalo za zahtevno.
"Nosljivo ultrazvočno slikovno orodje bi imelo velik potencial v prihodnosti klinične diagnoze," pojasnjuje prvi avtor Chonghe Wang, podiplomski študent MIT. "Vendar sta ločljivost in trajanje slikanja obstoječih ultrazvočnih obližev relativno nizka in ne morejo prikazati globokih organov."
Prejšnje nosljive ultrazvočne naprave so se večinoma zanašale na raztegljive nize pretvornikov. Medtem ko se ti lahko deformirajo s kožo, ta prožnost povzroči, da se pretvornika premikata relativno drug glede na drugega, kar zmanjšuje kakovost slike. Prilagodljivi substrati tudi omejujejo gostoto pretvornikov v nizu, kar vpliva na ločljivost slike. Pojavile so se tudi težave z lepili, ki ostanejo pritrjena na kožo in dušijo ultrazvočni signal.
Nova naprava, ki so jo razvili Wang in sodelavci, vsebuje tanko in togo ultrazvočno sondo, sestavljeno iz niza piezoelektričnih elementov z visoko gostoto, ki se drži kože preko raztegljivega hibrida hidrogel-elastomer. "Ta kombinacija omogoča, da se naprava prilagodi koži, hkrati pa ohranja relativno lokacijo pretvornikov za ustvarjanje jasnejših in natančnejših slik," pojasnjuje Wang.
Hidrogel z 90 % vode omogoča kakovosten akustični prenos na kožo, podobno kot geli, ki se uporabljajo pri standardnem ultrazvočnem pregledu, dva tanka elastomera, ki ga obdajata, pa preprečujeta izsušitev. Celotna debelina elastomerne membrane in bioadheziva je prevlečena z bioadhezivom, da se poveže s togo ultrazvočno sondo in kožo, manjša od ene četrtine akustične valovne dolžine, da se zmanjša njen vpliv na akustični prenos. Celoten našitek je po velikosti podoben poštni znamki.
Z uporabo različnih testov so raziskovalci pokazali, da lahko nosljiva naprava vzdržuje močan oprijem na kožo več kot 48 ur in vzdrži velike vlečne sile. Uporabili so tudi zdrave prostovoljce za prikaz 48-urnega neprekinjenega slikanja človeških organov. Uporabljene so bile ultrazvočne sonde z različnimi frekvencami, odvisno od globine organov, ki jih slikamo.
Raziskovalci so lahko neprekinjeno slikali jugularno veno in karotidno arterijo v vratu med dinamičnimi gibi telesa, kot je rotacija vratu. Opazovali so premer vene, ki se je spreminjal, ko so se prostovoljci premikali iz sedečega ali stoječega položaja v ležeče, in lahko izmerili spremembe krvnega pretoka in tlaka v arteriji, medtem ko so prostovoljci tekali. Slikali so tudi delovanje pljuč, gibanje diafragme in štiri prekate srca pred, med in po vadbi, kot sta tek in kolesarjenje; in opazovali polnjenje in praznjenje želodca, ko so prostovoljci pili in se sok premikal skozi njihov prebavni sistem.
Robotski eksosuit uporablja ultrazvočno slikanje za zagotavljanje prilagojene pomoči pri hoji
Ekipa si zdaj prizadeva narediti nalepke brezžične in razvija algoritme umetne inteligence za pomoč pri interpretaciji slik. "Predstavljamo si, da bi lahko imeli škatlo z nalepkami, od katerih bi bila vsaka zasnovana tako, da prikazuje drugo lokacijo telesa," pravi višji avtor Xuanhezhao. "Verjamemo, da to predstavlja preboj v nosljivih napravah in medicinskem slikanju."
Pisanje v pridruženem perspektivni članek, Philip Tan in Nanshu Lu opozarjajo, da kljub priložnostim, ki jih ponuja popravek, obstajajo ovire, ki jih je treba premagati. Zlasti vključitev obsežnega vezja in strojne opreme, potrebne za nadzor dovolj pretvornikov za 3D medicinsko slikanje, bi lahko omejila manevriranje in mobilnost – nekaj, pri čemer bi lahko pomagale raziskave »ultrazvoka na čipu«.
