Tim inženjera na Univerzitetu Kalifornije u San Dijegu razvio je rastezljiv ultrazvučni niz sposoban za serijsko, neinvazivno, trodimenzionalno snimanje tkiva dubokih četiri centimetra ispod površine ljudske kože, u prostornoj rezoluciji od 0,5 milimetara. Ova nova metoda pruža neinvazivnu, dugoročnu alternativu trenutnim metodama, sa poboljšanom dubinom penetracije.
Istraživanje proizilazi iz laboratorije Sheng Ksua, profesora nanoinženjeringa na UC San Diego Jacobs School of Engineering i odgovarajućeg autora studije. Rad, „Razvučni ultrazvučni nizovi za trodimenzionalno mapiranje modula dubokog tkiva,“ objavljen je u izdanju Nature Biomedical Engineering od 1. maja 2023.
„Izmislili smo uređaj za nošenje koji često može da proceni krutost ljudskog tkiva“, rekao je Hongjie Hu, postdoktorski istraživač u grupi Ksu i koautor studije. „Konkretno, integrisali smo niz ultrazvučnih elemenata u mekanu elastomernu matricu i koristili talasaste serpentinaste rastezljive elektrode za povezivanje ovih elemenata, omogućavajući uređaju da se prilagodi ljudskoj koži za serijsku procenu krutosti tkiva.
Sistem za praćenje elastografije može da obezbedi serijsko, neinvazivno i trodimenzionalno mapiranje mehaničkih svojstava dubokih tkiva. Ovo ima nekoliko ključnih aplikacija:
Pored praćenja kancerogenih tkiva, ova tehnologija se može primeniti iu drugim scenarijima:
Nosivi ultrazvučni flasteri ostvaruju funkciju detekcije tradicionalnog ultrazvuka i takođe probijaju ograničenja tradicionalne ultrazvučne tehnologije, kao što su jednokratno testiranje, testiranje samo u bolnicama i potreba za radom osoblja.
„Ovo omogućava pacijentima da kontinuirano prate svoje zdravstveno stanje bilo kada i bilo gde“, rekao je Hu.
Ovo bi moglo pomoći u smanjenju pogrešnih dijagnoza i smrtnih slučajeva, kao i značajnom smanjenju troškova pružanjem neinvazivne i jeftine alternative tradicionalnim dijagnostičkim procedurama.
„Ovaj novi talas nosive ultrazvučne tehnologije pokreće transformaciju u polju praćenja zdravstvene zaštite, poboljšavajući ishode pacijenata, smanjujući troškove zdravstvene zaštite i promovišući široko usvajanje dijagnoze na licu mesta“, rekao je Iukiang Ma, gostujući student u grupi Ksu. i koautor studije. „Kako ova tehnologija nastavlja da se razvija, verovatno ćemo videti još značajniji napredak u oblasti medicinskog snimanja i praćenja zdravstvene zaštite.“
Niz se prilagođava ljudskoj koži i akustički se spaja sa njom, omogućavajući precizno elastografsko snimanje potvrđeno elastografijom magnetnom rezonancom.
U testiranju, uređaj je korišćen za mapiranje trodimenzionalnih distribucija Jangovog modula tkiva ek vivo, da bi se otkrila mikrostrukturna oštećenja u mišićima dobrovoljaca pre pojave bolova i pratio dinamički proces oporavka od povreda mišića tokom fizioterapije.
Uređaj se sastoji od niza 16 sa 16. Svaki element se sastoji od 1-3 kompozitnog elementa i pozadinskog sloja napravljenog od srebrno-epoksidnog kompozita dizajniranog da apsorbuje prekomerne vibracije, proširujući propusni opseg i poboljšavajući aksijalnu rezoluciju.
Takva tehnologija mora da zabeleži kretanje rasejanih čestica u uzorku ultrazvučnim talasom i izračuna njihova polja pomeranja na osnovu normalizovanog algoritma unakrsne korelacije. Veličina čestica rasejanja je veoma mala, što rezultira slabim reflektovanim signalima. Da bi se uhvatili tako slabi signali, potrebna je izuzetno osetljiva tehnologija.
Postojeće metode proizvodnje uključuju vezivanje na visokim temperaturama koje može izazvati ozbiljna, nepovratna termička oštećenja epoksida u piezoelektričnim materijalima. Kao rezultat toga, osetljivost elementa pretvarača značajno opada.
„Da bismo odgovorili na te izazove, razvili smo pristup vezivanja na niskim temperaturama“, rekao je Hu. „Zamenili smo pastu za lemljenje provodljivim epoksidom, koji omogućava da se vezivanje završi na sobnoj temperaturi bez izazivanja bilo kakvog oštećenja elementa. Pored toga, zamenili smo jednoravni režim prenosa talasa koherentnim režimom spajanja ravnih talasa, koji obezbeđuje više energije za povećanje intenziteta signala u celom uzorku. Koristeći ove strategije, poboljšavamo osetljivost uređaja kako bi on dobro radio u hvatanju tih slabih signala od raspršenih čestica.“
„Sloj elastomera sa poznatim modulom, takozvani sloj za kalibraciju, može se instalirati na naš uređaj da bi se dalje dobile kvantitativne, apsolutne vrednosti modula tkiva“, rekao je Davei Song, postdoktorski istraživač na Univerzitetu Pensilvanije i saradnik u studiji. -autor. „Ovaj pristup bi nam omogućio da dobijemo potpunije informacije o mehaničkim svojstvima tkiva, čime bi se dodatno poboljšale dijagnostičke mogućnosti ultrazvučnih uređaja.“
Pored toga, napredne tehnike litografije, biranja i postavljanja i iseckanja mogu se usvojiti radi dalje optimizacije dizajna i izrade niza, što može smanjiti visinu tona i proširiti otvor blende kako bi se postigla veća prostorna rezolucija i širi sonografski prozor.
„Bilo bi lakše istražiti mogućnosti rada sa lekarima, tražeći potencijalne praktične primene u klinikama“, rekao je Gao. „Naš uređaj pokazuje veliki potencijal u bliskom praćenju visokorizičnih grupa, omogućavajući blagovremene intervencije u hitnim trenucima“, rekao je Gao.
