Ультразвуковой пластырь надевается на шею. Предоставлено: Инженерная школа Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего.
Улучшенное измерение жесткости тканей может привести к улучшению лечения различных состояний, включая рак и спортивные травмы.
Группа инженеров из Калифорнийского университета в Сан-Диего создала растяжимую ультразвуковую решетку, которая может выполнять неинвазивное серийное 3D-изображение тканей на глубине до 4 сантиметров под поверхностью кожи человека.
Этот инновационный метод имеет пространственное разрешение 0,5 миллиметра и предлагает более расширенное, неинвазивное решение по сравнению с существующими методами с увеличенной глубиной проникновения.
Неинвазивное серийное 3D-изображение тканей
Исследование проводится в лаборатории Шэн Сюй, профессора наноинженерии в Инженерной школе Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего и ведущего автора исследования. Результаты были недавно опубликованы в журнале Nature Biomedical Engineering.
«Мы изобрели носимое устройство, которое может часто оценивать жесткость тканей человека», — сказал Хунцзе Ху, научный сотрудник группы Сюй и соавтор исследования. «В частности, мы интегрировали множество ультразвуковых элементов в мягкую эластомерную матрицу и использовали волнистые змеевидные растягивающиеся электроды для соединения этих элементов, что позволило устройству адаптироваться к коже человека для последовательной оценки жесткости тканей».
Система мониторинга эластографии может обеспечить серийное, неинвазивное и трехмерное картирование механических свойств глубоких тканей.
Это имеет несколько ключевых применений:
- В медицинских исследованиях серийные данные о патологических тканях могут предоставить важную информацию о прогрессировании таких заболеваний, как рак, который обычно вызывает затвердевание клеток.
- Мониторинг мышц, сухожилий и связок может помочь в диагностике и лечении спортивных травм.
- Текущие методы лечения заболеваний печени и сердечно-сосудистых заболеваний, наряду с некоторыми химиотерапевтическими агентами, могут влиять на жесткость тканей.
- Непрерывная эластография может помочь оценить эффективность и доставку этих препаратов. Это может помочь в создании новых методов лечения.
Помимо мониторинга раковых тканей, эту технологию можно применять и в других сценариях:
- Мониторинг фиброза и цирроза печени. Используя эту технологию для оценки тяжести фиброза печени, медицинские работники могут точно отслеживать прогрессирование заболевания и определять наиболее подходящий курс лечения.
- Оценка нарушений опорно-двигательного аппарата, таких как тендинит, теннисный локоть и синдром запястного канала. Отслеживая изменения жесткости тканей, эта технология может дать ценную информацию о прогрессировании этих состояний, позволяя врачам разрабатывать индивидуальные планы лечения для своих пациентов.
- Диагностика и мониторинг ишемии миокарда. Контролируя эластичность артериальной стенки, врачи могут выявить ранние признаки заболевания и принять своевременные меры для предотвращения дальнейшего повреждения.
Носимые ультразвуковые пластыри выполняют функцию обнаружения традиционного ультразвука, а также преодолевают ограничения традиционной ультразвуковой технологии, такие как одноразовое тестирование, тестирование только в больницах и необходимость работы персонала.
«Это позволяет пациентам постоянно контролировать состояние своего здоровья в любое время и в любом месте», — сказал Ху.
Это может помочь уменьшить количество ошибочных диагнозов и летальных исходов, а также значительно сократить расходы, предоставив неинвазивную и недорогую альтернативу традиционным диагностическим процедурам.
«Эта новая волна носимых ультразвуковых технологий способствует трансформации в области мониторинга здравоохранения, улучшению результатов лечения пациентов, снижению затрат на здравоохранение и содействию широкому внедрению диагностики в месте оказания медицинской помощи», — сказал Юйсян Ма, приглашенный студент в группе Сюй. и соавтор исследования. «Поскольку эта технология продолжает развиваться, вполне вероятно, что мы увидим еще более значительные достижения в области медицинской визуализации и мониторинга здравоохранения».
Как используется пластырь
Массив прилегает к коже человека и акустически сочетается с ней, обеспечивая точную эластографическую визуализацию, подтвержденную магнитно-резонансной эластографией.
При тестировании устройство использовалось для картирования трехмерных распределений модуля Юнга тканей ex vivo, для выявления микроструктурных повреждений в мышцах добровольцев до появления болезненности и мониторинга динамического процесса восстановления мышечных повреждений во время физиотерапии.
Устройство состоит из массива 16 на 16. Каждый элемент состоит из 1-3 композитных элементов и защитного слоя из серебряно-эпоксидного композита, предназначенного для поглощения чрезмерной вибрации, расширения полосы пропускания и улучшения осевого разрешения.
Исследование финансировалось Исследовательской лабораторией ВВС и Национальным институтом здравоохранения.
Сейчас профессор Сюй занимается коммерциализацией этой технологии через Softsonics LLC.