Một thiết bị siêu âm đeo được có thể cung cấp hình ảnh liên tục của các cơ quan nội tạng trong 48 giờ trong khi bệnh nhân tiếp tục cuộc sống hàng ngày của họ. Thiết bị này – được phát triển bởi một nhóm đứng đầu tại Viện Công nghệ Massachusetts (MIT) – bao gồm một mảng siêu âm áp điện cứng dính vào da thông qua một hỗn hợp hydrogel-elastomer kết dính sinh học mềm. Mô tả những phát hiện của họ trong Khoa học, các nhà nghiên cứu chứng minh rằng miếng dán có thể chụp ảnh tim, đường tiêu hóa, cơ hoành và phổi trong các hoạt động như chạy bộ hoặc uống nước.
Siêu âm là một trong những công cụ được sử dụng rộng rãi nhất để chụp ảnh y tế, nhưng nó cũng có những hạn chế. Hình ảnh siêu âm sử dụng thiết bị cồng kềnh và chuyên dụng và yêu cầu kỹ thuật viên siêu âm được đào tạo để định vị đầu dò trên cơ thể bệnh nhân. Điều này thường giới hạn việc sử dụng nó trong các phiên tĩnh, ngắn.
Trong những năm gần đây, đã có những phát triển đáng kể trong các thiết bị đeo được để theo dõi y tế liên tục và không xâm lấn. Mặc dù các thiết bị như vậy đã đo thành công dữ liệu sinh lý như nhịp tim và hoạt động điệnvà chất chuyển hóa và chất điện giải trong mồ hôi từ da, hình ảnh cấp độ lâm sàng của các cơ quan nội tạng đã tỏ ra khó khăn.
Tác giả đầu tiên giải thích: “Một công cụ hình ảnh siêu âm có thể đeo được sẽ có tiềm năng to lớn trong chẩn đoán lâm sàng trong tương lai. Sùng nghe Vương, một sinh viên tốt nghiệp MIT. “Tuy nhiên, độ phân giải và thời lượng hình ảnh của các miếng dán siêu âm hiện tại tương đối thấp và chúng không thể chụp ảnh các cơ quan nằm sâu bên trong”.
Các thiết bị siêu âm đeo được trước đây có xu hướng dựa vào mảng đầu dò có thể co giãn. Mặc dù các bộ chuyển đổi này có thể biến dạng theo da, nhưng tính linh hoạt này khiến các bộ chuyển đổi di chuyển tương đối với nhau, làm giảm chất lượng hình ảnh. Chất nền linh hoạt cũng hạn chế mật độ đầu dò trong mảng, ảnh hưởng đến độ phân giải hình ảnh. Cũng có vấn đề với chất kết dính còn lại trên da và làm giảm tín hiệu siêu âm.
Thiết bị mới do Wang và các đồng nghiệp phát triển có chứa một đầu dò siêu âm mỏng và cứng, bao gồm một dãy các phần tử áp điện mật độ cao, bám vào da thông qua một hỗn hợp hydrogel-elastomer co giãn. Wang giải thích: “Sự kết hợp này cho phép thiết bị phù hợp với da trong khi vẫn duy trì vị trí tương đối của đầu dò để tạo ra hình ảnh rõ ràng và chính xác hơn.
Hydrogel 90% nước cho phép truyền âm thanh chất lượng cao đến da, giống như gel được sử dụng trong kiểm tra siêu âm tiêu chuẩn, trong khi hai chất đàn hồi mỏng bao bọc nó giúp da không bị khô. Được phủ một lớp chất kết dính sinh học để liên kết nó với đầu dò siêu âm cứng và da, tổng độ dày của màng đàn hồi và chất kết dính sinh học nhỏ hơn một phần tư bước sóng âm thanh để giảm thiểu tác động của nó đối với việc truyền âm thanh. Toàn bộ miếng vá có kích thước tương tự như một con tem bưu chính.
Sử dụng nhiều thử nghiệm khác nhau, các nhà nghiên cứu đã chỉ ra rằng thiết bị đeo được có thể duy trì độ bám chắc trên da trong hơn 48 giờ và chịu được lực kéo cao. Họ cũng sử dụng các tình nguyện viên khỏe mạnh để chứng minh hình ảnh liên tục 48 giờ của các cơ quan con người. Đầu dò siêu âm với các tần số khác nhau được sử dụng tùy thuộc vào độ sâu của các cơ quan được chụp.
Các nhà nghiên cứu có thể liên tục chụp ảnh tĩnh mạch cổ và động mạch cảnh ở cổ trong các chuyển động năng động của cơ thể chẳng hạn như xoay cổ. Họ quan sát thấy đường kính của tĩnh mạch thay đổi khi các tình nguyện viên chuyển từ tư thế ngồi hoặc đứng sang tư thế nằm, và có thể đo lường sự thay đổi lưu lượng máu và áp suất trong động mạch khi các tình nguyện viên chạy bộ. Họ cũng chụp ảnh chức năng phổi, chuyển động của cơ hoành và bốn ngăn tim trước, trong và sau khi tập thể dục như chạy bộ và đạp xe; và quan sát dạ dày đầy và rỗng khi các tình nguyện viên uống và nước trái cây di chuyển qua hệ thống tiêu hóa của họ.
Exosuit robot sử dụng hình ảnh siêu âm để cung cấp hỗ trợ đi bộ được cá nhân hóa
Nhóm hiện đang làm việc để tạo ra các nhãn dán không dây và phát triển các thuật toán trí tuệ nhân tạo để giúp diễn giải các hình ảnh. Tác giả cấp cao cho biết: “Chúng tôi tưởng tượng mình có thể có một hộp nhãn dán, mỗi nhãn được thiết kế để mô tả một vị trí khác nhau của cơ thể. Xuanhezhao. “Chúng tôi tin rằng điều này đại diện cho một bước đột phá trong thiết bị đeo được và hình ảnh y tế.”
Viết trong một liên kết bài viết phối cảnh, Philip Tan và Nanshu Lu cảnh báo rằng mặc dù có những cơ hội do bản vá mang lại nhưng vẫn có những trở ngại cần vượt qua. Đặc biệt, việc kết hợp mạch điện và phần cứng mở rộng cần thiết để điều khiển đủ đầu dò cho hình ảnh y tế 3D có thể hạn chế khả năng cơ động và tính di động – điều mà nghiên cứu “siêu âm trên chip” có thể giúp ích.
