จอภาพอัลตราซาวนด์ไร้สายพร้อมสำหรับการออกกำลังกาย – Physics World

จอภาพอัลตราซาวนด์ไร้สายพร้อมสำหรับการออกกำลังกาย – Physics World

ประทับเวลา: 14 มิถุนายน 2023 11:00 น

ภาพถ่ายแสดงส่วนบนของหน้าอกที่เปลือยเปล่าของบุคคล โดยมีชิปอัลตราซาวนด์ติดอยู่ที่ผิวหนังเหนือหัวใจ ชิปมีขนาดเล็กกว่าบัตรเครดิตและไม่ได้ติดอยู่กับสายไฟใดๆ
เหมาะสำหรับวัตถุประสงค์: ระบบอัลตราซาวนด์ไร้สายที่สวมใส่ได้ใหม่ติดตั้งอยู่ที่หน้าอกเพื่อวัดกิจกรรมการเต้นของหัวใจ (เอื้อเฟื้อโดย: มู่หยาง ลิน)

นักวิจัยในสหรัฐอเมริกาได้ออกแบบอัลตราซาวนด์ทรานสดิวเซอร์ที่ส่งข้อมูลแบบไร้สายและสามารถสวมใส่ได้อย่างสบายบนผิวหนัง เอาชนะข้อบกพร่องหลักสองประการของอุปกรณ์รุ่นก่อนๆ พัฒนาโดย มู่หยาง ลิน, เซิง ซู และเพื่อนร่วมงานจากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก (UCSD) ทรานสดิวเซอร์ตัวใหม่นี้สามารถใช้เพื่อติดตามผู้ป่วยที่มีภาวะหัวใจและหลอดเลือดอย่างรุนแรง รวมถึงช่วยให้นักกีฬาติดตามการฝึกซ้อมของพวกเขา

ทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวด์ทำงานโดยการส่งคลื่นเสียงความถี่สูงเข้าสู่ร่างกาย จากนั้นตรวจจับคลื่นที่สะท้อนจากเนื้อเยื่อที่มีความหนาแน่นและคุณสมบัติทางเสียงต่างกัน ในช่วงหลายทศวรรษที่ผ่านมา การปรับปรุงการออกแบบหัววัดและวงจร ผสมผสานกับอัลกอริธึมที่ดีขึ้นสำหรับการประมวลผลสัญญาณอัลตราซาวนด์ ทำให้เกิดทรานสดิวเซอร์ที่สามารถปรับให้เข้ากับรอยพับของผิวหนังได้ ซึ่งช่วยให้อุปกรณ์สามารถวัดสัญญาณอัลตราซาวนด์ได้อย่างต่อเนื่อง ซึ่งมีประโยชน์อย่างยิ่งในการตรวจสอบการเต้นของหลอดเลือดดำและหลอดเลือดแดง

นักวิจัยในห้องทดลองของ Xu มี โพรบอัลตราซาวนด์ที่สวมใส่ได้พัฒนาก่อนหน้านี้ ที่สามารถตรวจสอบพารามิเตอร์ทางสรีรวิทยาหลายประการของเนื้อเยื่อส่วนลึก รวมถึงความดันโลหิต การไหลเวียนของเลือด และแม้แต่การถ่ายภาพหัวใจ ถึงกระนั้นเทคโนโลยีก็มีข้อบกพร่องอยู่บ้าง “หัววัดที่สวมใส่ได้เหล่านี้ทั้งหมดเชื่อมต่อกับเครื่องจักรขนาดใหญ่เพื่อรวบรวมพลังงานและข้อมูล และจะเปลี่ยนตำแหน่งสัมพันธ์ระหว่างการเคลื่อนไหวของมนุษย์ ทำให้พวกมันสูญเสียการติดตามเป้าหมาย” Lin นักศึกษาปริญญาเอกสาขาวิศวกรรมนาโนที่ UCSD อธิบาย และเป็นผู้เขียนหลักของ a กระดาษเข้า เทคโนโลยีชีวภาพธรรมชาติ บนอุปกรณ์

เนื่องจากข้อบกพร่องเหล่านี้ เซ็นเซอร์อัลตราซาวนด์ต่อเนื่องรุ่นก่อนหน้าจึงสามารถยับยั้งการเคลื่อนไหวของผู้สวมใส่ได้อย่างรุนแรง นอกจากนี้ ยังต้องมีการปรับเปลี่ยนบ่อยครั้งเมื่อผู้สวมใส่เคลื่อนไหวไปมา

อัลตราซาวนด์ไม่มีการเชื่อมต่อ

เพื่อแก้ไขปัญหาเหล่านี้ ทีมงาน UCSD ได้พัฒนาอุปกรณ์ใหม่โดยใช้วงจรควบคุมขนาดเล็กและยืดหยุ่นซึ่งเชื่อมต่อกับอาร์เรย์ของทรานสดิวเซอร์ อุปกรณ์นี้จะรวบรวมสัญญาณอัลตราซาวนด์แต่ไม่ได้ประมวลผลโดยตรง แต่จะถ่ายทอดแบบไร้สายไปยังคอมพิวเตอร์หรือสมาร์ทโฟน ซึ่งประมวลผลโดยใช้การเรียนรู้ของเครื่อง

“เราได้พัฒนาอัลกอริธึมเพื่อวิเคราะห์สัญญาณโดยอัตโนมัติและเลือกช่องสัญญาณที่มีสัญญาณที่ดีที่สุดในการเคลื่อนย้ายเนื้อเยื่อเป้าหมาย” Lin อธิบาย “ดังนั้น สัญญาณจากเนื้อเยื่อเป้าหมายจึงต่อเนื่อง แม้ในระหว่างการเคลื่อนไหวของมนุษย์”

นักวิจัยได้ทดสอบความสามารถนี้โดยใช้อุปกรณ์เพื่อติดตามตำแหน่งของหลอดเลือดแดงคาโรติดของมนุษย์ในขณะเดียวกันก็ติดตามการเต้นของเลือดภายใน หลอดเลือดแดงนี้ส่งเลือดไปที่ศีรษะและคอ ดังนั้น พวกเขาจึงฝึกอัลกอริธึมให้รับรู้การเคลื่อนตัวที่เกิดจากการเคลื่อนไหวที่แตกต่างกันของศีรษะของตัวอย่าง

แม้ว่าทีมงานจะฝึกฝนอัลกอริธึมในเรื่องเดียวเท่านั้น แต่อัลกอริธึมการปรับตัวขั้นสูงเพิ่มเติมทำให้ผู้สวมใส่รายใหม่สามารถใช้เซ็นเซอร์โดยมีการฝึกอบรมน้อยที่สุด เมื่อฝึกฝนแล้ว อุปกรณ์จะสามารถตรวจจับสัญญาณอัลตราซาวนด์ของการเต้นของหลอดเลือดแดงคาโรติดได้ลึกถึง 164 มม. ใต้ผิวหนัง แม้ว่าผู้สวมใส่จะออกกำลังกายอยู่ก็ตาม

จอภาพอเนกประสงค์

Xu และเพื่อนร่วมงานเดิมตั้งใจที่จะทดสอบความสามารถของเซ็นเซอร์ในฐานะเครื่องวัดความดันโลหิต อย่างไรก็ตาม จากการทดลอง พวกเขาค้นพบว่ามันสามารถตรวจสอบพารามิเตอร์ที่สำคัญอื่นๆ ได้เช่นกัน รวมถึงความแข็งของหลอดเลือดแดง ปริมาตรของเลือดที่สูบออกจากหัวใจ และปริมาณอากาศที่หายใจออกโดยผู้สวมใส่

ท้ายที่สุดแล้ว นักวิจัยคาดการณ์ว่าการออกแบบของพวกเขาสามารถเปิดโอกาสมากมายสำหรับการตรวจติดตามอัลตราซาวนด์อย่างต่อเนื่อง “ด้วยการใช้เทคโนโลยีอัลตราซาวนด์ที่สวมใส่ได้ เราสามารถแยกผู้ป่วยออกจากเครื่องจักรขนาดใหญ่ และทำให้การตรวจอัลตราโซนิกเป็นแบบอัตโนมัติได้” Lin กล่าว “สรีรวิทยาของเนื้อเยื่อส่วนลึกสามารถติดตามการเคลื่อนไหวได้ ซึ่งมอบโอกาสที่ไม่เคยมีมาก่อนสำหรับการตรวจอัลตราซาวนด์ทางการแพทย์และสรีรวิทยาการออกกำลังกาย”

ความสามารถเหล่านี้อาจเปลี่ยนแปลงชีวิตของผู้ป่วยที่มีภาวะหัวใจและหลอดเลือดได้ Lin กล่าว “สำหรับประชากรกลุ่มเสี่ยง ค่าความดันโลหิตและการเต้นของหัวใจที่ผิดปกติขณะพักหรือระหว่างออกกำลังกายเป็นจุดเด่นของภาวะหัวใจล้มเหลว” เขาอธิบาย แต่การสมัครไม่ได้จบเพียงแค่นั้น “สำหรับประชากรที่มีสุขภาพดี อุปกรณ์ของเราสามารถวัดการตอบสนองของหัวใจและหลอดเลือดต่อการออกกำลังกายแบบเรียลไทม์ ดังนั้นจึงสามารถให้ข้อมูลเชิงลึกเกี่ยวกับความเข้มข้นในการออกกำลังกายที่เกิดขึ้นจริงของแต่ละคน ซึ่งสามารถใช้เป็นแนวทางในการกำหนดแผนการฝึกส่วนบุคคลได้”

ประทับเวลา:

เพิ่มเติมจาก โลกฟิสิกส์