Màn hình siêu âm không dây đã sẵn sàng cho buổi tập luyện – Physics World

Màn hình siêu âm không dây đã sẵn sàng cho buổi tập luyện – Physics World

Dấu thời gian: ngày 14 tháng 2023 năm 11 00:XNUMX sáng

Một bức ảnh cho thấy phần trên ngực trần của một người, với chip siêu âm được dán vào vùng da trên tim của họ. Con chip này nhỏ hơn thẻ tín dụng và không được gắn vào bất kỳ sợi dây nào.
Phù hợp với mục đích: Hệ thống siêu âm không dây có thể đeo mới được gắn trên ngực để đo hoạt động của tim. (Ảnh: Mục Dương Lâm)

Các nhà nghiên cứu ở Mỹ đã thiết kế một đầu dò siêu âm truyền thông tin không dây và có thể đeo thoải mái trên da, khắc phục hai nhược điểm lớn của các thiết bị trước đây. Được phát triển bởi Mục Dương Lâm, Thịnh Xu và các đồng nghiệp tại Đại học California San Diego (UCSD), đầu dò mới có thể được sử dụng để theo dõi bệnh nhân mắc bệnh tim mạch nghiêm trọng, cũng như giúp các vận động viên theo dõi quá trình luyện tập của họ.

Đầu dò siêu âm hoạt động bằng cách truyền sóng âm thanh tần số cao vào cơ thể, sau đó phát hiện sóng phản xạ từ các mô có mật độ và đặc tính âm học khác nhau. Trong vài thập kỷ qua, những cải tiến đối với thiết kế mạch và đầu dò, kết hợp với các thuật toán tốt hơn để xử lý tín hiệu siêu âm, đã tạo ra các đầu dò có thể phù hợp với nếp gấp của da người. Điều này cho phép các thiết bị đo tín hiệu siêu âm liên tục, đặc biệt hữu ích để theo dõi nhịp đập của tĩnh mạch và động mạch.

Các nhà nghiên cứu trong phòng thí nghiệm của Xu đã đầu dò siêu âm đeo được phát triển trước đây có thể theo dõi một số thông số sinh lý của các mô sâu, bao gồm huyết áp, lưu lượng máu và thậm chí cả hình ảnh tim. Mặc dù vậy, công nghệ này có một số thiếu sót. Lin, nghiên cứu sinh tiến sĩ về kỹ thuật nano tại UCSD và là tác giả chính của nghiên cứu giải thích: “Tất cả các thiết bị thăm dò đeo được này đều được kết nối với một cỗ máy cồng kềnh để thu thập dữ liệu và năng lượng, đồng thời sẽ thay đổi vị trí tương đối trong quá trình con người di chuyển, khiến chúng mất dấu mục tiêu. giấy trong Công nghệ sinh học tự nhiên trên thiết bị.

Do những sai sót này, các cảm biến siêu âm liên tục trước đây có thể cản trở nghiêm trọng khả năng di chuyển của người đeo. Họ cũng yêu cầu điều chỉnh thường xuyên khi người đeo di chuyển xung quanh.

siêu âm không dây

Để giải quyết những vấn đề này, nhóm UCSD đã phát triển một thiết bị mới dựa trên một mạch điều khiển linh hoạt, thu nhỏ có giao diện với một loạt các bộ chuyển đổi. Thiết bị này thu thập các tín hiệu siêu âm nhưng không xử lý chúng trực tiếp. Thay vào đó, nó chuyển tiếp chúng không dây đến máy tính hoặc điện thoại thông minh, xử lý chúng bằng máy học.

Lin giải thích: “Chúng tôi đã phát triển một thuật toán để tự động phân tích tín hiệu và chọn kênh có tín hiệu tốt nhất trên mô đích đang di chuyển. “Do đó, các tín hiệu từ mô đích là liên tục, ngay cả khi con người chuyển động.”

Các nhà nghiên cứu đã thử nghiệm khả năng này bằng cách sử dụng thiết bị để theo dõi vị trí của động mạch cảnh của đối tượng con người trong khi theo dõi nhịp đập của máu bên trong. Động mạch này cung cấp máu cho đầu và cổ, vì vậy họ đã đào tạo thuật toán để nhận biết sự dịch chuyển gây ra bởi các chuyển động khác nhau của đầu đối tượng.

Mặc dù nhóm chỉ đào tạo thuật toán trên một chủ đề duy nhất, nhưng một thuật toán thích ứng nâng cao hơn nữa đã cho phép những người mới đeo cảm biến sử dụng cảm biến mà không cần phải đào tạo lại nhiều lần. Sau khi được huấn luyện, thiết bị có thể phát hiện tín hiệu siêu âm về nhịp đập của động mạch cảnh ở độ sâu 164 mm bên dưới da, ngay cả khi người đeo đang tập thể dục.

Màn hình đa dụng

Xu và các đồng nghiệp ban đầu dự định kiểm tra khả năng của cảm biến như một máy đo huyết áp. Tuy nhiên, thông qua các thí nghiệm của mình, họ phát hiện ra rằng nó cũng có thể theo dõi các thông số quan trọng khác, bao gồm độ cứng của động mạch, lượng máu do tim bơm ra và lượng không khí mà người đeo thở ra.

Cuối cùng, các nhà nghiên cứu dự đoán thiết kế của họ có thể mở ra nhiều khả năng cho việc theo dõi siêu âm liên tục. Lin cho biết: “Bằng cách sử dụng công nghệ siêu âm có thể đeo được, chúng tôi có thể cởi trói cho bệnh nhân khỏi những cỗ máy cồng kềnh và tự động hóa quá trình kiểm tra siêu âm. “Sinh lý mô sâu có thể được theo dõi khi chuyển động, điều này mang lại cơ hội chưa từng có cho siêu âm y tế và sinh lý học tập thể dục.”

Lin cho biết những khả năng này có thể thay đổi cuộc sống của những bệnh nhân mắc bệnh tim mạch. Ông giải thích: “Đối với những người có nguy cơ mắc bệnh, các giá trị huyết áp và cung lượng tim bất thường khi nghỉ ngơi hoặc trong khi tập thể dục là dấu hiệu của bệnh suy tim. Nhưng các ứng dụng không kết thúc ở đó. “Đối với một dân số khỏe mạnh, thiết bị của chúng tôi có thể đo phản ứng của tim mạch đối với việc tập thể dục trong thời gian thực. Do đó, nó có thể cung cấp thông tin chuyên sâu về cường độ tập luyện thực tế của mỗi người, từ đó có thể định hướng cho việc xây dựng các kế hoạch tập luyện cá nhân hóa.”

Dấu thời gian:

Thêm từ Thế giới vật lý