طراحی یک برچسب اولتراسوند که می تواند از اندام های داخلی شما تصویربرداری کند

تشخیص پزشکی کنونی به شدت به ابزارهای رادیولوژی بالینی برای تصویربرداری از اندام ها برای رسیدن به یک تصمیم متکی است. با این حال، آنها معمولاً رویکردهای بالینی نادری هستند و به احتمال زیاد الگوهای بیماری را از دست خواهند داد. برای مقابله با این چالش، ما می‌خواهیم یک دستگاه پوشیدنی ایجاد کنیم که بتواند قابلیت‌های تصویربرداری طولانی‌مدت را هم برای پزشکان و هم برای بیماران فراهم کند و بیماری یا وضعیت سلامت آنها را ردیابی کند.

در محیط های مراقبت های بهداشتی، پزشکان اغلب نیاز به تصویربرداری از اندام های داخلی بیمار دارند. برای انجام این کار، اغلب از تصویربرداری اولتراسوند استفاده می شود. آیا می توانید در مورد نحوه عملکرد تصویربرداری اولتراسوند به ما بگویید؟

افرادی که در معرض خطر پرفشاری خون هستند ممکن است برای اندازه گیری فشار خون بالای خود از چسب اولتراسوند استفاده کنند و در صورت افزایش فشار به او هشدار دهد یا اینکه آیا دارو کمک کننده است یا خیر. یک بیمار مبتلا به کووید می‌تواند در خانه بماند و بداند که اگر بیماری آن‌ها باعث عفونت ریوی شدید که نیاز به بستری شدن داشته باشد، یک دستگاه تصویربرداری به او هشدار می‌دهد.

آیا امیدوارید که با تحقیقات مداوم در مورد این برچسب های اولتراسوند، آنها را در داروخانه ها عرضه کنید تا بیماران نیازی به مراجعه به مراکز بهداشتی نداشته باشند؟ این چه مزایایی هم برای بیماران و هم برای پزشکان دارد؟

لایه چسب این دستگاه از دو لایه نازک الاستومر ساخته شده است که یک لایه میانی از هیدروژل جامد را در خود جای داده است، ماده ای عمدتاً بر پایه آب که به راحتی امواج صوتی را منتقل می کند. هیدروژل تیم MIT بر خلاف ژل های سونوگرافی سنتی الاستیک و کشسان است. الاستومر از کم آبی هیدروژل جلوگیری می کند. هنگامی که هیدروژل به شدت هیدراته می شود، امواج صوتی می توانند به طور موثر نفوذ کنند و تصویربرداری با وضوح بالا از اندام های داخلی ارائه دهند.

ما یک برچسب سونوگرافی جدید طراحی کردیم که با جفت کردن یک لایه چسبنده کشسان با مجموعه ای سفت و سخت از مبدل ها، تصاویری با وضوح بالا در مدت زمان طولانی تری تولید می کند. این ترکیب دستگاه را قادر می‌سازد تا با پوست مطابقت داشته باشد و در عین حال موقعیت نسبی مبدل‌ها را حفظ کند تا تصاویر واضح‌تر و دقیق‌تری تولید کند.

برای آزمایش طراحی خود، برچسب اولتراسوند را از طریق یک باتری آزمایش با داوطلبان سالم قرار دادیم، که برچسب‌ها را روی قسمت‌های مختلف بدن خود از جمله گردن، سینه، شکم و بازوها می‌بستند. این برچسب ها به پوست خود چسبیده بودند و تا 48 ساعت تصاویر واضحی از ساختارهای زیرین ایجاد کردند.

لایه الاستومری پایین به گونه ای طراحی شده است که به پوست بچسبد، در حالی که لایه بالایی به مجموعه ای سفت و سخت از مبدل ها می چسبد که این تیم نیز طراحی و ساخته شده است. اندازه کل برچسب اولتراسوند حدود 2 سانتی متر مربع و ضخامت آن 3 میلی متر است – تقریباً مساحت یک تمبر پستی.

Xuanhe Zhao استاد مهندسی مکانیک و مهندسی عمران و محیط زیست (با حسن نیت) در MIT است. ماموریت آزمایشگاه ژائو در MIT پیشرفت علم و فناوری در رابط بین انسان و ماشین برای رسیدگی به چالش‌های بزرگ اجتماعی در سلامت و پایداری با تخصص یکپارچه در مکانیک، مواد و بیوتکنولوژی است. تمرکز اصلی تحقیقات فعلی آزمایشگاه ژائو، مطالعه و توسعه مواد و سیستم‌های نرم است.

درباره چونگه وانگ

تصویربرداری اولتراسوند پنجره ای امن و غیرتهاجمی به عملکرد بدن است که تصاویر زنده از اندام های داخلی بیمار را در اختیار پزشکان قرار می دهد. برای ثبت این تصاویر، تکنسین های آموزش دیده با دستکاری میله ها و کاوشگرهای اولتراسوند امواج صوتی را به داخل بدن هدایت می کنند. این امواج به بیرون منعکس می شوند تا تصاویری با وضوح بالا از قلب، ریه ها و سایر اندام های عمیق بیمار تولید کنند.

ما در حال ساخت الگوریتم هایی هستیم که می توانند فیزیولوژی اندام را ردیابی کنند، آن را به صورت کمی تجزیه و تحلیل کنند و به یک تصمیم تشخیص برسند. این کار باعث صرفه جویی در بار روی دوش پزشک خواهد شد.

آیا فکر می کنید فناوری شما می تواند به طور بالقوه به بهبود تشخیص های بالینی در سراسر جهان کمک کند؟ این چه معنایی برای سلامت جهانی می تواند داشته باشد؟

به طور معمول، برای تصویربرداری با اولتراسوند، یک تکنسین ابتدا یک ژل مایع را روی پوست بیمار اعمال می کند و امواج اولتراسوند را منتقل می کند. سپس یک کاوشگر یا مبدل بر روی ژل فشار داده می شود و امواج صوتی را به بدن می فرستد که از ساختارهای داخلی بازتاب می کند و به کاوشگر بازمی گردد، جایی که سیگنال های اکو به تصاویر بصری تبدیل می شوند.

از سال 2016، او پیشگام مهندسی فناوری فراصوت پوشیدنی بود که می توانست علائم حیاتی بافت عمیق را در بدن انسان نظارت کند. کار تحقیقاتی برجسته او در Science (2022)، مهندسی زیست پزشکی طبیعت (2021)، مهندسی زیست پزشکی طبیعت (2018) منتشر شد و به طور انحصاری توسط صدها رسانه معروف از جمله: مجله نشنال جئوگرافیک، فوربس، بررسی فناوری MIT، موسسه ملی بهداشت برجسته شد. (NIH)، و بسیاری دیگر. این فناوری پتانسیل زیادی برای تغییر الگوی تبدیل دستگاه اولتراسوند بالینی حجیم به دستگاه‌های هوشمند پوشیدنی برای نسل بعدی مراقبت‌های بهداشتی دیجیتال دارد.

سیستم BAUS ما این امکان را فراهم می‌کند و یک برچسب اولتراسوند چسبنده را می‌توان روی پوست انسان اعمال کرد، ثابت ماند و به طور مداوم از اندام‌های داخلی تصویربرداری کرد. یک دستگاه تصویربرداری که نظارت مداوم بر قسمت های خاص بدن دارد می تواند برای نظارت و تشخیص بیماری های مختلف استفاده شود. پزشکان می‌توانند رشد تومور را در طول زمان زیر نظر داشته باشند.

آثار او توسط مجموعه‌ای از مجلات برجسته شامل Nature، Science، Nature Biomedical Engineering، Nature Nanotechnology، Nature Electronics، Science Advances، Proceeding of National Academy of Science، Advanced Materials و بسیاری دیگر پذیرفته شده و منتشر شده است. او به دلیل مشارکت در ساخت اولین مانیتور فشار خون مرکزی پوشیدنی جهان که به طور بالقوه می تواند جان بیماران ICU را نجات دهد، به عنوان «محقق جوان باکستر 2019» شناخته شد.

درباره دکتر شیائو چن

برای بیمارانی که به دوره‌های طولانی تصویربرداری نیاز دارند، برخی از بیمارستان‌ها پروب‌هایی را ارائه می‌دهند که روی بازوهای روباتیک نصب شده‌اند که می‌توانند مبدل را بدون خستگی در جای خود نگه دارند، اما ژل اولتراسوند مایع با گذشت زمان از بین می‌رود و خشک می‌شود و تصویربرداری طولانی‌مدت را قطع می‌کند.

برای حل این مشکل، ما یک برچسب اولتراسوند طراحی کردیم که با جفت کردن یک لایه چسبنده کشسان با یک آرایه سفت و سخت از مبدل‌ها، تصاویری با وضوح بالاتر در مدت زمان طولانی‌تری تولید می‌کند. این ترکیب دستگاه را قادر می‌سازد تا با پوست مطابقت داشته باشد و در عین حال موقعیت نسبی مبدل‌ها را حفظ کند تا تصاویر واضح‌تر و دقیق‌تری تولید کند.

در آخرین تحقیقات خود، برچسب سونوگرافی جدیدی طراحی کرده اید. چگونه این برچسب را طراحی کردید و چگونه کار می کند؟

مطالعات نشان می دهد که EKG تنها می تواند حدود 20 درصد از حملات قلبی را تشخیص دهد. اکثر حملات قلبی در واقع به روش های تصویربرداری مانند تصویربرداری اولتراسوند برای تشخیص نیاز دارند. تصویربرداری مداوم از قلب بیمار می‌تواند علائم او را ثبت کرده و تشخیص زودهنگام را ارائه دهد. ما تصور می‌کنیم که برچسب‌های اولتراسوند را می‌توان بسته‌بندی کرد و توسط بیماران و مصرف‌کنندگان خریداری کرد و نه تنها برای نظارت بر اندام‌های داخلی مختلف، بلکه همچنین پیشرفت تومورها و همچنین رشد جنین‌ها در رحم را مورد استفاده قرار داد.

تحقیقات شما تا حدی توسط MIT و همچنین توسط سازمان های مختلف از جمله NIH، دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده و بنیاد ملی علوم تامین شده است. تامین مالی در کشف فناوری های جدید علمی چقدر اهمیت دارد؟

اعتبار تصویر: فلیس فرانکل/Shutterstock.com

پوشیدنی‌های پزشکی در سال‌های اخیر، تا حدودی به لطف هوش مصنوعی و یادگیری ماشین، توجه زیادی را به خود جلب کرده‌اند. چگونه می توان هر دوی این رشته ها را در برچسب اولتراسوند برای توسعه بیشتر آن اعمال کرد؟

ما تیمی از مهندسان آزمایشگاه MIT Zhao هستیم (http://zhao.mit.edu/)

وب سایت گروه ما: http://zhao.mit.edu/

درباره پروفسور ژوانه ژائو

اعتبار تصویر: HOMONSTOCK/Shutterstock.com

علیرغم اینکه تصویربرداری اولتراسوند در محیط های مراقبت های بهداشتی رایج است، معایب زیادی دارد. برخی از این معایب چیست و فناوری جدید شما چگونه به غلبه بر آنها کمک می کند؟

چونگه وانگ در حال حاضر یک محقق دانشجوی کارشناسی ارشد است که با پروفسور ژوانه ژائو در بخش مهندسی مکانیک موسسه فناوری ماساچوست کار می کند. Chonghe بیش از 10 سال تجربه تحقیقاتی در فناوری اولتراسوند دارد.

برچسب سونوگرافیبازی