Social Climate Tech News

Tue 02 08 2022
Image

MIT-ingeniører udvikler klistermærker, der kan se inde i kroppen

by bernt & torsten

Ultralydsbilleddannelse er et sikkert og ikke-invasivt vindue ind i kroppens funktion, der giver læger levende billeder af patientens indre organer. For at fange disse billeder manipulerer uddannede teknikere ultralydsstænger og sonder for at lede lydbølger ind i kroppen. Disse bølger reflekteres tilbage for at producere billeder i høj opløsning af en patients hjerte, lunger og andre dybe organer.

Ultralydsundersøgelse kræver omfangsrigt og specialiseret udstyr, der kun er tilgængeligt på hospitaler og lægekontorer. Men et nyt design af MIT-ingeniører kan gøre teknologien lige så bærbar og tilgængelig som at købe plastre på apoteket.

I et papir, der vises i dag i Science, præsenterer ingeniørerne designet til et nyt ultralydsklistermærke. Denne stempelstørrelse enhed klæber til huden og kan give kontinuerlig ultralydsbilleddannelse af indre organer i 48 timer.

Forskerne påførte klistermærkerne på frivillige og viste, at enhederne producerede levende billeder i høj opløsning af store blodkar og dybere organer som hjerte, lunger og mave. Klistermærkerne opretholdt en stærk vedhæftning og fangede ændringer i underliggende organer, da frivillige udførte forskellige aktiviteter, herunder at sidde, stå, jogge og cykle.

Det nuværende design kræver, at klistermærkerne knyttes til instrumenter, der oversætter de reflekterede lydbølger til billeder. Forskerne påpeger, at selv i deres nuværende form kan klistermærkerne have øjeblikkelige anvendelser: For eksempel kan enhederne anvendes på patienter på hospitaler, svarende til hjerteovervågnings-EKG-klistermærker, og kan kontinuerligt afbilde indre organer uden behov for en tekniker til at holde en sonde på plads i lange perioder.

Hvis enhederne kan gøres til at arbejde trådløst – et mål, som holdet arbejder hen imod – kan ultralydsklistermærkerne laves til bærbare billeddannelsesprodukter, som patienter kan tage hjem fra et lægekontor eller endda købe på et apotek.

Et klæbrigt spørgsmål

For at afbilde med ultralyd anvender en tekniker først en flydende gel på en patients hud, som virker til at transmittere ultralydbølger. En sonde eller transducer presses derefter mod gelen og sender lydbølger ind i kroppen, der ekko fra interne strukturer og tilbage til sonden, hvor de ekkoede signaler oversættes til visuelle billeder.

For patienter, der har brug for lange billeddannelsesperioder, tilbyder nogle hospitaler sonder fastgjort til robotarme, der kan holde en transducer på plads uden at trætte, men den flydende ultralydsgel flyder væk og tørrer ud over tid og afbryder langsigtet billeddannelse.

I de senere år har forskere udforsket design til strækbare ultralydssonder, der ville give bærbar, lavprofilbilleddannelse af indre organer. Disse designs gav et fleksibelt sæt små ultralydstransducere, hvor ideen var, at en sådan enhed ville strække sig og tilpasse sig en patients krop.

Men disse eksperimentelle designs har produceret billeder med lav opløsning, dels på grund af deres strækning: Når de bevæger sig med kroppen, skifter konverterne placering i forhold til hinanden og forvrænger det resulterende billede.

En indsigt

MIT-teamets nye ultralydsklistermærke producerer billeder med højere opløsning i længere tid ved at parre et elastisk klæbemiddellag med et stift sæt transducere.

Enhedens klæbende lag er lavet af to tynde lag elastomer, der indkapsler et mellemlag af fast hydrogel, et for det meste vandbaseret materiale, der let transmitterer lydbølger. MIT-holdets hydrogel er elastisk og elastisk, i modsætning til traditionelle ultralydsgeler.

Det nederste elastomerlag er designet til at fastgøre til huden, mens det øverste lag fastgøres til et stift sæt transducere, som teamet også designede og fremstillede. Hele ultralydsklistermærket måler cirka 2 kvadratcentimeter på tværs og 3 millimeter tykt – omtrent det samme overfladeareal som et frimærke.

Forskerne kørte ultralydsklistermærket gennem et batteri af tests med raske frivillige, der bar klistermærkerne på forskellige dele af deres kroppe, herunder deres nakke, bryst, mave og arme. Klistermærkerne forblev fastgjort til huden og gav klare billeder af underliggende strukturer i op til 48 timer. I løbet af denne tid udførte frivillige forskellige aktiviteter i laboratoriet, fra at sidde og stå til jogging, cykling og løfte vægte.

Fra klistermærkets billeder var holdet i stand til at observere den skiftende diameter af store blodkar, da de sad og stod. Klistermærkerne fangede også detaljer om dybere organer, såsom hvordan hjertet ændrer form, når man træner under træning. Forskerne så også, hvordan maven strakte sig og derefter krympede tilbage, da frivillige drak og senere sendte juice ud af deres system. Og da nogle frivillige løftede vægte, var holdet i stand til at opdage lyse mønstre i underliggende muskler, hvilket signalerede midlertidig mikroskade.

Teamet arbejder på at få klistermærkerne til at fungere trådløst. De udvikler også softwarealgoritmer baseret på kunstig intelligens for bedre at fortolke og diagnosticere klistermærkebilleder.

Denne forskning blev delvist finansieret af MIT, Defense Advanced Research Projects Agency, National Science Foundation, National Institutes of Health og USA. Hærens Forskningskontor gennem Institut for Soldat Nanoteknologi på MIT.

Share: