[ad_1]
Ультразвуковая визуализация — это безопасное и неинвазивное окно в работу организма, предоставляющее клиницистам живые изображения внутренних органов пациента. Чтобы получить эти изображения, обученные специалисты манипулируют ультразвуковыми зондами и зондами, направляя звуковые волны в тело. Эти волны отражаются обратно, создавая изображения сердца, легких и других глубоких органов пациента с высоким разрешением.
В настоящее время для УЗИ требуется громоздкое и специализированное оборудование, доступное только в больницах и кабинетах врачей. Но новый дизайн инженеров Массачусетского технологического института может сделать эту технологию такой же пригодной для ношения и доступной, как покупка пластыря в аптеке.
В статье, появившейся сегодня в Наукаинженеры представляют дизайн новой ультразвуковой наклейки — устройства размером с штамп, которое приклеивается к коже и может обеспечить непрерывное ультразвуковое исследование внутренних органов в течение 48 часов.
Исследователи прикрепили наклейки к добровольцам и показали, что устройства производят живые изображения с высоким разрешением крупных кровеносных сосудов и более глубоких органов, таких как сердце, легкие и желудок. Наклейки сохраняли сильную адгезию и фиксировали изменения в основных органах, когда добровольцы выполняли различные действия, включая сидение, стояние, бег трусцой и езду на велосипеде.
Текущий дизайн требует подключения наклеек к инструментам, которые преобразуют отраженные звуковые волны в изображения. Исследователи отмечают, что даже в их нынешнем виде наклейки могут иметь немедленное применение: например, устройства могут применяться к пациентам в больнице, подобно наклейкам для кардиомониторинга ЭКГ, и могут непрерывно отображать внутренние органы, не требуя вмешательства технического специалиста. удерживать датчик на месте в течение длительного периода времени.
Если устройства можно заставить работать без проводов — цель, над которой в настоящее время работает команда, — ультразвуковые наклейки можно будет превратить в носимые устройства для визуализации, которые пациенты смогут взять домой из кабинета врача или даже купить в аптеке.
«Мы предполагаем, что несколько пластырей будут прикреплены к разным местам на теле, и пластыри будут связываться с вашим мобильным телефоном, где алгоритмы искусственного интеллекта будут анализировать изображения по запросу», — говорит старший автор исследования Сюаньхэ Чжао, профессор машиностроения, гражданского и гражданского строительства. экологическая инженерия в Массачусетском технологическом институте. «Мы считаем, что открыли новую эру носимых изображений: с помощью нескольких пятен на теле вы сможете увидеть свои внутренние органы».
В исследовании также участвуют ведущие авторы Чунхэ Ван и Сяоюй Чен, а также соавторы Лю Ван, Мицутоши Макихата и Тао Чжао из Массачусетского технологического института, а также Сяо-Чуан Лю из клиники Майо в Рочестере, штат Миннесота.
Сложный вопрос
Для визуализации с помощью ультразвука техник сначала наносит на кожу пациента жидкий гель, который пропускает ультразвуковые волны. Затем зонд или преобразователь прижимают к гелю, посылая звуковые волны в тело, которые отражаются от внутренних структур и возвращаются к зонду, где отраженные сигналы преобразуются в визуальные изображения.
Для пациентов, которым требуются длительные периоды визуализации, некоторые больницы предлагают датчики, прикрепленные к роботизированным рукам, которые могут удерживать датчик на месте без усталости, но жидкий ультразвуковой гель со временем стекает и высыхает, прерывая долгосрочную визуализацию.
В последние годы исследователи изучили конструкции растягиваемых ультразвуковых датчиков, которые могли бы обеспечивать портативные низкопрофильные изображения внутренних органов. Эти конструкции дали гибкий набор крошечных ультразвуковых преобразователей, идея заключалась в том, что такое устройство будет растягиваться и соответствовать телу пациента.
Но эти экспериментальные конструкции давали изображения с низким разрешением, отчасти из-за их растяжения: при движении вместе с телом датчики смещаются относительно друг друга, искажая результирующее изображение.
«Носимый инструмент ультразвуковой визуализации будет иметь огромный потенциал в будущем клинической диагностики. Однако разрешение и продолжительность визуализации существующих ультразвуковых патчей относительно низки, и они не могут отображать глубокие органы», — говорит Чонхе Ван, аспирант Массачусетского технологического института.
Взгляд изнутри
Новая ультразвуковая наклейка, разработанная командой Массачусетского технологического института, позволяет получать изображения с более высоким разрешением в течение более длительного времени за счет соединения эластичного клеевого слоя с жестким массивом датчиков. «Эта комбинация позволяет устройству адаптироваться к коже, сохраняя при этом относительное расположение датчиков для создания более четких и точных изображений». Ван говорит.
Адгезивный слой устройства состоит из двух тонких слоев эластомера, которые инкапсулируют средний слой твердого гидрогеля, материала в основном на водной основе, который легко пропускает звуковые волны. В отличие от традиционных ультразвуковых гелей, гидрогель команды Массачусетского технологического института является эластичным и эластичным.
«Эластомер предотвращает обезвоживание гидрогеля», — говорит Чен, постдоктор Массачусетского технологического института. «Только тогда, когда гидрогель сильно гидратирован, акустические волны могут эффективно проникать и давать изображения внутренних органов с высоким разрешением».
Нижний слой эластомера предназначен для приклеивания к коже, а верхний слой прилипает к жесткому массиву датчиков, которые также разработала и изготовила команда. Вся ультразвуковая наклейка имеет размеры около 2 квадратных сантиметров в поперечнике и 3 миллиметра в толщину — примерно как площадь почтовой марки.
Исследователи провели ультразвуковую наклейку через серию тестов со здоровыми добровольцами, которые носили наклейки на различных частях тела, включая шею, грудь, живот и руки. Наклейки оставались прикрепленными к их коже и давали четкие изображения основных структур на срок до 48 часов. В течение этого времени добровольцы выполняли в лаборатории различные действия: от сидения и стоя до бега трусцой, езды на велосипеде и поднятия тяжестей.
На изображениях наклеек команда смогла наблюдать изменение диаметра основных кровеносных сосудов в положении сидя по сравнению со стоянием. Наклейки также запечатлели детали более глубоких органов, например, то, как сердце меняет форму во время физических нагрузок. Исследователи также могли наблюдать, как желудок надувался, а затем сжимался, когда добровольцы пили, а затем выделяли сок из своей системы. И когда некоторые добровольцы поднимали тяжести, команда могла обнаружить яркие узоры в подлежащих мышцах, сигнализирующие о временном микроповреждении.
«С визуализацией мы могли бы запечатлеть момент тренировки, прежде чем перенапрягаться, и остановиться до того, как мышцы заболеют», — говорит Чен. «Мы еще не знаем, когда может наступить этот момент, но теперь мы можем предоставить данные изображений, которые смогут интерпретировать эксперты».
Команда работает над тем, чтобы стикеры работали без проводов. Они также разрабатывают программные алгоритмы на основе искусственного интеллекта, которые могут лучше интерпретировать и диагностировать изображения наклеек. Затем, как предполагает Чжао, пациенты и потребители смогут упаковывать и покупать ультразвуковые наклейки и использовать их не только для наблюдения за различными внутренними органами, но и за прогрессированием опухолей, а также за развитием плода в утробе матери.
«Мы представляем, что у нас может быть коробка с наклейками, каждая из которых предназначена для изображения разных мест тела», — говорит Чжао. «Мы считаем, что это прорыв в области носимых устройств и медицинской визуализации».
Это исследование частично финансировалось Массачусетским технологическим институтом, Агентством перспективных оборонных исследовательских проектов, Национальным научным фондом, Национальными институтами здравоохранения и Исследовательским бюро армии США через Институт солдатских нанотехнологий в Массачусетском технологическом институте.
[ad_2]
Source