Эластомерная инженерия наконец-то получила глубокие изображения с помощью ультразвукового исследования участка кожи

61

Инженеры Массачусетского технологического института нашли способ получить субмиллиметровое разрешение и глубокое проникновение с помощью наклеиваемого ультразвукового пластыря, который можно носить не менее двух дней и отклеивать по окончании мониторинга, не оставляя следов.

В качестве доказательства концепции они продемонстрировали изображения с разрешением менее миллиметра в первых сантиметрах ткани, что позволяет, например, наблюдать за кровеносными сосудами в реальном времени, а также разрешение в несколько миллиметров на расстоянии до 20 см или около того, что позволяет более глубокие органы, включая сердце для изображения.

В ходе одной демонстрации подробные картины кровотока в двуглавой мышце добровольца регистрировались каждые полчаса, когда они тренировались и отдыхали в течение 48 часов.

-->
-->

«С визуализацией мы могли бы запечатлеть момент тренировки, прежде чем перенапрягаться, и остановиться до того, как мышцы начнут болеть», — сказал инженер-исследователь Массачусетского технологического института Сяоюй Чен. «Мы еще не знаем, когда может наступить этот момент, но теперь мы можем предоставить данные изображений, которые смогут интерпретировать эксперты».

По словам Массачусетского технологического института, проблема с носимыми ультразвуковыми пластырями заключается в том, что что-то должно сгибаться вместе с кожей: либо матрица датчиков должна изгибаться, привязывая разработчика к матрицам низкого разрешения с современной технологией, либо должна быть жесткая матрица высокого разрешения. соединены с кожей таким образом, чтобы они были акустически чистыми, долговечными и здоровыми для пользователя.

Команда Массачусетского технологического института выбрала последний подход, изготовив собственные жесткие фазированные решетки высокого разрешения, работающие на частотах 3, 7 и 10 МГц, для использования с внешней электроникой формирования луча.

Устройство 3 МГц 40 x 40 элементов (20 x 20 мм) работало как фазированная решетка, а два других были 40 x 20 (20 x 10 мм) и работали как линейные решетки. Разрешение вдоль луча составляло 0,77 мм на частоте 3 МГц и лучше 0,2 мм на частоте 10 МГц.

Для визуализации до 60 мм использовался алгоритм компаундирования плоских волн, затем, ниже этого, гармоническое изображение фазированной решетки согласовывалось с алгоритмами пространственного компаундирования.

Согласно Массачусетскому технологическому институту, для прикрепления твердого ультразвукового датчика к коже обычными вариантами являются жидкости или гели, которые сначала хорошо работают, но высыхают и выходят из строя в течение двух дней, или эластомеры из силикона, акрила или полиуретана, которые не могут сравниться с жидкостями. или гели для акустических характеристик.

Ответ команды Массачусетского технологического института состоял в том, чтобы разработать на заказ прочный, гибкий и эластичный гидрогель с высоким содержанием воды, чтобы придать ему хорошие акустические характеристики, а затем поместить его между двумя тонкими эластомерными мембранами, чтобы удерживать воду.

Даже в этих уплотнительных мембранах используется специальная химия: с созданным вручную «биоадгезивным» слоем, герметизирующим сторону кожи и прилипающим к пользователю, и трехслойной (гидрофобно-гидрофильно-адгезивной) полиуретановой эластомерной мембраной, герметизирующей другую сторону и связывая его с массивом жестких датчиков.

Наконец, вольфрамовое покрытие на задней части ультразвуковой решетки действует как акустический ограничитель для улучшения акустических характеристик вперед.

Весь пластырь: мембраны, гидрогель, матрица и стопор, имеет толщину 3 мм и получил название «Баус» (биоадгезивное ультразвуковое устройство).

«Исследователи провели ультразвуковую наклейку через серию тестов с участием добровольцев, которые носили наклейки на различных частях тела, включая шею, грудь, живот и руки», — говорится в сообщении Массачусетского технологического института. «Наклейки оставались прикрепленными к их коже и давали четкие изображения основных структур до 48 часов. За это время добровольцы выполняли в лаборатории самые разные действия: от сидения и стоя до бега трусцой, езды на велосипеде и поднятия тяжестей».

На данный момент системе требуется подключение ленточного кабеля к внешней обработке и хранению сигналов, но беспроводный демонстрационный образец находится в стадии разработки.

«Мы представляем, что у нас может быть коробка с наклейками, каждая из которых предназначена для изображения разных мест тела», — сказал исследователь проекта Тао Чжао.

«Платчи будут связываться с вашим мобильным телефоном, где алгоритмы ИИ будут анализировать изображения по запросу», — добавил инженер Массачусетского технологического института профессор Сюаньхэ Чжао. «С несколькими пятнами на теле вы могли видеть свои внутренние органы».

Даже в их нынешнем виде «устройства можно было бы применять к пациентам в больнице, подобно наклейкам для кардиомониторинга ЭКГ, и они могли бы непрерывно отображать внутренние органы, не требуя, чтобы технический специалист удерживал датчик на месте в течение длительных периодов времени», — говорится в сообщении. Университет.

Массачусетский технологический институт работал с клиникой Мэйо в Рочестере, штат Миннесота.

Работа описана в ‘Биоадгезивное ультразвуковое исследование для долгосрочной непрерывной визуализации различных органов‘, опубликованном в Science. Только реферат статьи можно просмотреть без оплаты, хотя дополнительная информация, находящаяся в свободном доступе, может порадовать инженерный глаз и демонстрирует впечатляющее соответствие между результатами моделирования и реальными измерениями.

ОСТАВЬТЕ ОТВЕТ

Пожалуйста, введите ваш комментарий!
пожалуйста, введите ваше имя здесь