Ултразвуковото изображение е безопасен и неинвазивен прозорец към работата на тялото, предоставяйки на клиницистите живи изображения на вътрешните органи на пациента.
За да заснемат тези изображения, обучени техници манипулирали ултразвукови пръчици и сонди, за да насочат звуковите вълни в тялото. Тези вълни се отразяват обратно, за да създадат изображения с висока разделителна способност на сърцето, белите дробове и други дълбоко разположени органи в тялото на пациента.
Досега ултразвуковото изображение изискваше обемисто и специализирано оборудване, достъпно само в болници и лекарски кабинети. Но новият дизайн на инженери от Масачузетския технологичен институт може да направи технологията толкова удобна за носене и достъпна, колкото купуването на лепенки в аптеката.
В статия, публикувана в Science, инженерите представят дизайна на новия си ултразвуков стикер – устройство с размер на печат, което се залепва върху кожата и може да осигури непрекъснато ултразвуково изображение на вътрешните органи в продължение на 48 часа.
Поставените стикери върху доброволци показали, че устройствата произвеждат живи изображения с висока разделителна способност на главните кръвоносни съдове и по-дълбоко разположените органи, като сърце, бели дробове и стомах. Стикерите поддържат силна адхезия и улавят промени в подлежащите органи, докато доброволците извършвали различни дейности, включително седене, изправяне, джогинг и колоездене.
Ако устройствата могат да бъдат направени да работят безжично - цел, към която екипът в момента се е насочил, ултразвуковите стикери могат да бъдат превърнати в носими продукти за изображения, които пациентите могат да вземат вкъщи от лекарския кабинет или дори да купят в аптека.
„Предвиждаме няколко лепенки, залепени на различни места по тялото, да комуникират с мобилния телефон, където AI алгоритми ще анализират изображенията при поискване“, казва старшият автор на изследването, Сюанхе Джао, професор по машинно, гражданско и екологично инженерство в MIT. -„Вярваме, че открихме нова ера в преносимите изображения: с няколко лепенки по тялото ще можете да видите вътрешните си органи.“
Лепкав проблем
За да изобрази органите с ултразвук, техникът първо нанася течен гел върху кожата на пациента, който предава ултразвукови вълни. След това сонда или трансдюсер се притиска към гела, изпращайки звукови вълни в тялото, които отекват от вътрешните структури и обратно към сондата, където отразените сигнали се превеждат във визуални изображения.
За пациенти, които се нуждаят от дълги периоди на образна диагностика, някои болници предлагат сонди, прикрепени към роботизирани ръце, които могат да държат сондата на мястото, без да се уморяват, но течният ултразвуков гел изтича и изсъхва с течение на времето, прекъсвайки дългосрочното изображение.
През последните години учените са проучвали проекти за разтегливи ултразвукови сонди, които биха осигурили преносимо, нископрофилно изображение на вътрешните органи. Тези проекти дават гъвкав набор от малки ултразвукови преобразуватели, като идеята е такова устройство да се разтяга и да се приспособява към тялото на пациента.
Но тези експериментални проекти са създали изображения с ниска разделителна способност, отчасти поради тяхното разтягане: движейки се с тялото, преобразувателите изместват местоположението си един спрямо друг, изкривявайки полученото изображение.
„Преносимият инструмент за ултразвукови изображения би имал огромен потенциал в бъдещето на клиничната диагностика. Въпреки това разделителната способност и продължителността на изображенията на съществуващите ултразвукови лепенки са сравнително ниски и не могат да изобразят по-дълбоко разположените органи“, посочват учените.
Поглед отвътре
Новият ултразвуков стикер на екипа на MIT създава изображения с по-висока разделителна способност, за по-дълъг период от време чрез съчетаване на разтеглив адхезивен слой с твърд набор от преобразуватели.
„Тази комбинация позволява на устройството да се приспособи към кожата, като същевременно поддържа относителното местоположение на трансдюсерите, за да генерира по-ясни и прецизни изображения“, казва проф. Уанг, учен от екипа.
Адхезивният слой на устройството е направен от два тънки слоя еластомер, които капсулират средния слой, съставен от твърд хидрогел – материал, предимно на водна основа, който лесно предава звукови вълни. За разлика от традиционните ултразвукови гелове, хидрогелът на екипа на MIT е еластичен и разтеглив.
„Еластомерът предотвратява дехидратацията на хидрогела“, казва д-р Чен от екипа на MIT. - „Само когато хидрогелът е силно хидратиран, акустичните вълни могат да проникнат ефективно и да дадат изображения с висока разделителна способност на вътрешните органи.“
Долният еластомерен слой е проектиран да се придържа към кожата, докато към горния слой може да се прикрепят твърд набор от преобразуватели, които екипът също е проектирал и изработил. Целият ултразвуков стикер е с размери около 2 квадратни сантиметра напречно и 3 милиметра дебелина – приблизително колкото площта на пощенска марка.
Екипът продължава изследванията си, за да могат стикерите да работят безжично. Разработват и софтуерни алгоритми, базирани на изкуствен интелект, които могат по-добре да интерпретират и диагностицират изображенията от стикерите. След това проф. Джао предвижда ултразвуковите стикери да могат да бъдат закупени от пациенти и потребители, и използвани не само за наблюдение на различни вътрешни органи, но и за прогресията на туморите, както и на развитието на фетусите в утробата.
„Представяме си, че можем да имаме кутия със стикери, всеки от които е проектиран да изобразява различно местоположение на тялото“, казва проф. Джао. - Убедени сме, че това откритие ще се окаже значим пробив в устройствата за преносими медицинските изображения.“
Това изследване е финансирано отчасти от Масачузетския технологичен институт, Агенцията за напреднали изследователски проекти на отбраната, Националната научна фондация, Националните институти по здравеопазване и Изследователската служба на армията на САЩ чрез Института за войнишки нанотехнологии към MIT.
Милена ВАСИЛЕВА
