Вторник, 27 февраля, 2024
ДомойТехнологииБольше никаких догадок: ультразвуковая заплата Массачусетского технологического института показывает, насколько полон ваш...

Больше никаких догадок: ультразвуковая заплата Массачусетского технологического института показывает, насколько полон ваш мочевой пузырь

- Advertisement -

Исследователи Массачусетского технологического института создали портативный ультразвуковой пластырь, который может неинвазивно визуализировать внутренние органы, первоначально уделяя особое внимание здоровью мочевого пузыря. Это устройство, для которого не требуется ультразвуковой оператор или гель, может совершить революцию в мониторинге различных функций органов и выявлении заболеваний.

Носимое устройство, предназначенное для мониторинга здоровья мочевого пузыря и почек, может быть адаптировано для более ранней диагностики рака глубоко в организме.

Массачусетский технологический институт Исследователи разработали портативный ультразвуковой монитор в форме пластыря, который может отображать органы внутри тела без необходимости использования ультразвукового оператора или нанесения геля.

В новом исследовании ученые показали, что их пластырь может точно отображать мочевой пузырь и определять, насколько он полон. По словам исследователей, это может помочь пациентам с заболеваниями мочевого пузыря или почек легче отслеживать, правильно ли функционируют эти органы.

Этот подход также можно адаптировать для мониторинга других органов внутри тела, изменив расположение ультразвукового массива и настроив частоту сигнала. Такие устройства потенциально могут обеспечить более раннее обнаружение рака, который формируется глубоко в организме, например, рака яичников.

«Эта технология универсальна и может использоваться не только на мочевом пузыре, но и на любых глубоких тканях тела. Это новая платформа, которая может идентифицировать и характеризовать многие заболевания, которые мы несем в своем организме», — говорит Канан Дагдевирен, доцент Медиа-лаборатории Массачусетского технологического института и старший автор исследования.

Линь Чжан, научный сотрудник Массачусетского технологического института; Колин Маркус, аспирант Массачусетского технологического института в области электротехники и информатики; и Дабин Линь, профессор Сианьского технологического университета, являются ведущими авторами статьи с описанием работы, которая была недавно опубликована в журнале Природная электроника.

Носимый мониторинг

Лаборатория Дагдевирена, специализирующаяся на разработке гибких носимых электронных устройств, недавно разработала ультразвуковой монитор Его можно встроить в бюстгальтер и использовать для выявления рака молочной железы. В новом исследовании команда использовала аналогичный подход для разработки носимого пластыря, который может прикрепляться к коже и делать ультразвуковые изображения органов, расположенных внутри тела.

Для своей первой демонстрации исследователи решили сосредоточиться на мочевом пузыре, частично вдохновившись младшим братом Дагдевирена, у которого несколько лет назад диагностировали рак почки. После хирургического удаления одной из почек ему было трудно полностью опорожнить мочевой пузырь. Дагдевирен задалась вопросом, может ли ультразвуковой монитор, показывающий степень наполнения мочевого пузыря, помочь пациентам, похожим на ее брата, или людям с другими типами проблем с мочевым пузырем или почками.

Носимый ультразвуковой монитор может визуализировать мочевой пузырь и определить, насколько он полон. Устройство, разработанное MIT, может помочь пациентам с заболеваниями мочевого пузыря или почек легче отслеживать, правильно ли функционируют эти органы. Фото: предоставлено исследователями

«Миллионы людей страдают от дисфункции мочевого пузыря и связанных с ней заболеваний, и неудивительно, что мониторинг объема мочевого пузыря — эффективный способ оценить здоровье и самочувствие почек», — говорит она.

В настоящее время единственным способом измерения объема мочевого пузыря является использование традиционного громоздкого ультразвукового датчика, для которого требуется обращение в медицинское учреждение. Дагдевирен и ее коллеги хотели разработать носимую альтернативу, которую пациенты могли бы использовать дома.

Для этого они создали гибкий пластырь из силиконовой резины, в который встроены пять ультразвуковых матриц из нового пьезоэлектрического материала, разработанного исследователями для этого устройства. Массивы расположены в форме креста, что позволяет пластырю отображать весь мочевой пузырь, размеры которого в наполненном состоянии составляют примерно 12 на 8 сантиметров.

Полимер, из которого состоит пластырь, обладает естественной липкостью и мягко прилегает к коже, что позволяет легко прикреплять и снимать его. После попадания на кожу нижнее белье или леггинсы могут помочь удержать ее на месте.

Клиническое исследование и результаты

В исследовании, проведенном совместно с сотрудниками Центра ультразвуковых исследований и перевода и отделения радиологии Массачусетской больницы общего профиля, исследователи показали, что новый пластырь может захватывать изображения, сравнимые с теми, которые получены с помощью традиционного ультразвукового датчика, и эти изображения можно использовать для отслеживать изменения объема мочевого пузыря.

Для исследования исследователи набрали 20 пациентов с разным индексом массы тела. Субъектов сначала фотографировали с полным мочевым пузырем, затем с частично пустым мочевым пузырем, а затем с полностью пустым мочевым пузырем. Изображения, полученные с помощью нового пластыря, по качеству были аналогичны изображениям, полученным с помощью традиционного ультразвука, а ультразвуковые матрицы работали на всех испытуемых, независимо от их индекса массы тела.

При использовании этого пластыря не требуется никакого ультразвукового геля и давления, как при использовании обычного ультразвукового датчика, поскольку поле зрения достаточно велико, чтобы охватить весь мочевой пузырь.

Будущее развитие и цели

Чтобы увидеть изображения, исследователи подключили свои ультразвуковые матрицы к тому же ультразвуковому аппарату, который используется в центрах медицинской визуализации. Однако сейчас команда MIT работает над портативным устройством размером со смартфон, которое можно было бы использовать для просмотра изображений.

«В этой работе мы продвинули путь к клиническому использованию совместимых ультразвуковых биосенсоров, которые дают ценную информацию о жизненно важных физиологических параметрах. Наша группа надеется развить это и разработать набор устройств, которые в конечном итоге устранят информационный разрыв между врачами и пациентами», — говорит Энтони Э. Самир, директор Центра ультразвуковых исследований и трансляции MGH и заместитель заведующего кафедрой визуализации в MGH. Радиолог, который также является автором исследования.

Команда Массачусетского технологического института также надеется разработать ультразвуковые устройства, которые можно было бы использовать для визуализации других органов тела, таких как поджелудочная железа, печень или яичники. В зависимости от местоположения и глубины каждого органа исследователям необходимо изменить частоту ультразвукового сигнала, что требует разработки новых пьезоэлектрических материалов. Для некоторых из этих органов, расположенных глубоко внутри тела, устройство может работать лучше как имплантат, а не как носимый пластырь.

«Для любого органа, который нам нужно визуализировать, мы возвращаемся к первому шагу, выбираем правильные материалы, придумываем правильный дизайн устройства, а затем изготавливаем все соответствующим образом», прежде чем тестировать устройство и проводить клинические испытания, — говорит Дагдевирен.

«Эта работа может стать центральным направлением ультразвуковых исследований, мотивировать новый подход к разработке будущих медицинских устройств и заложить основу для гораздо более плодотворного сотрудничества между учеными-материаловедами, инженерами-электриками и биомедицинскими исследователями», — говорит Ананта Чандракасан, декан инженерной школы Массачусетского технологического института, профессор электротехники и информатики Ванневара Буша и автор статьи.

Ссылка: «Соответствующий ультразвуковой пластырь с фазированной решеткой для мониторинга объема мочевого пузыря», авторы Линь Чжан, Колин Маркус, Дабин Лин, Дэвид Медорадо, Скотт Джозеф Шон-младший, Теодор Т. Пирс, Викшит Кумар, Сара В. Фернандес, Дэвид Хант, Цянь Ли, Икра Ифтехар Шуво, Дэвид Садат, Венья Ду, Ханна Эденбаум, Ли Цзинь, Вейго Лю, Йонина К. Эльдар, Фэй Ли, Ананта П. Чандракасан, Энтони Э. Самир и Канан Дагдевирен, 16 ноября 2023 г., Природная электроника.
DOI: 10.1038/s41928-023-01068-x

Исследование финансировалось за счет премии CAREER Национального научного фонда, премии 3M для нештатных преподавателей, программы Sagol Weizmann-MIT Bridge Program, Texas Instruments Inc., Консорциума MIT Media Lab, стипендии для аспирантов Национального научного фонда и ARRS. Премия ученого.

Исходная ссылка

- Advertisement -

Популярное по теме