Press "Enter" to skip to content

MIT-ingenieurs ontwikkelen stickers die in het lichaam kunnen kijken

Echografie is een veilig en niet-invasief venster op het functioneren van het lichaam en biedt artsen levendige beelden van de interne organen van een patiënt. Om deze beelden vast te leggen, manipuleren getrainde technici ultrasone staafjes en sondes om geluidsgolven in het lichaam te leiden. Deze golven worden teruggekaatst om beelden met een hoge resolutie te produceren van het hart, de longen en andere diepe organen van een patiënt.

Echografisch onderzoek vereist omvangrijke en gespecialiseerde apparatuur die alleen beschikbaar is in ziekenhuizen en dokterspraktijken. Maar een nieuw ontwerp van MIT-ingenieurs zou de technologie net zo draagbaar en toegankelijk kunnen maken als het kopen van patches bij de apotheek.

In een artikel dat vandaag in Science verschijnt, presenteren de ingenieurs het ontwerp voor een nieuwe ultrasone sticker. Dit apparaat ter grootte van een stempel kleeft aan de huid en kan gedurende 48 uur continue echografie van inwendige organen bieden.

De onderzoekers brachten de stickers aan op vrijwilligers en toonden aan dat de apparaten levendige hoge resolutie beelden produceerden van grote bloedvaten en diepere organen zoals het hart, de longen en de maag. De stickers behielden een sterke hechting en legden veranderingen in onderliggende organen vast terwijl vrijwilligers verschillende activiteiten uitvoerden, waaronder zitten, staan, joggen en fietsen.

Het huidige ontwerp vereist dat de stickers worden gekoppeld aan instrumenten die de gereflecteerde geluidsgolven vertalen in beelden. De onderzoekers wijzen erop dat de stickers zelfs in hun huidige vorm onmiddellijke toepassingen kunnen hebben: de apparaten kunnen bijvoorbeeld worden aangebracht op patiënten in ziekenhuizen, vergelijkbaar met hartbewaking ECG-stickers, en kunnen continu interne organen in beeld brengen zonder dat een technicus een sonde gedurende lange tijd op zijn plaats hoeft te houden.

Als de apparaten draadloos kunnen werken – een doel waar het team naartoe werkt – kunnen de ultrasone stickers worden gemaakt tot draagbare beeldvormingsproducten die patiënten mee naar huis kunnen nemen van het kantoor van een arts of zelfs bij een apotheek kunnen kopen.

Een kleverige vraag

Om met echografie in beeld te komen, brengt een technicus eerst een vloeibare gel aan op de huid van een patiënt, die werkt om ultrasone golven te verzenden. Een sonde, of transducer, wordt vervolgens tegen de gel gedrukt en stuurt geluidsgolven het lichaam in die echoën van interne structuren en terug naar de sonde, waar de echosignalen worden vertaald in visuele beelden.

Voor patiënten die lange beeldvormingsperioden nodig hebben, bieden sommige ziekenhuizen sondes aan robotarmen die een transducer op zijn plaats kunnen houden zonder te vermoeien, maar de vloeibare ultrasone gel drijft weg en droogt na verloop van tijd uit, waardoor langetermijnbeeldvorming wordt onderbroken.

In de afgelopen jaren hebben onderzoekers ontwerpen onderzocht voor rekbare ultrasone sondes die draagbare, onopvallende beeldvorming van interne organen zouden bieden. Deze ontwerpen boden een flexibele set kleine ultrasone transducers, met het idee dat een dergelijk apparaat zich zou uitrekken en aanpassen aan het lichaam van een patiënt.

Maar deze experimentele ontwerpen hebben beelden met een lage resolutie opgeleverd, deels vanwege hun uitrekking: wanneer ze met het lichaam meebewegen, verschuiven de converters van locatie ten opzichte van elkaar, waardoor het resulterende beeld wordt vervormd.

Een inzicht

De nieuwe ultrasone sticker van het MIT-team produceert beelden met een hogere resolutie voor een langere duur door een rekbare kleeflaag te koppelen aan een stijve set transducers.

De kleeflaag van het apparaat is gemaakt van twee dunne lagen elastomeer die een tussenlaag van vaste hydrogel inkapselen, een meestal op water gebaseerd materiaal dat gemakkelijk geluidsgolven doorgeeft. De hydrogel van het MIT-team is elastisch en rekbaar, in tegenstelling tot traditionele ultrasone gels.

De onderste elastomeerlaag is ontworpen om aan de huid te hechten, terwijl de bovenste laag zich hecht aan een stijve set transducers die het team ook heeft ontworpen en vervaardigd. De hele ultrasone sticker meet ongeveer 2 vierkante centimeter breed en 3 millimeter dik – ongeveer hetzelfde oppervlak als een postzegel.

De onderzoekers voerden de echografiesticker door een reeks tests met gezonde vrijwilligers die de stickers op verschillende delen van hun lichaam droegen, waaronder hun nek, borst, maag en armen. De stickers bleven tot 48 uur op de huid zitten en gaven duidelijke beelden van onderliggende structuren. Gedurende deze tijd voerden vrijwilligers verschillende activiteiten uit in het laboratorium, van zitten en staan tot joggen, fietsen en gewichtheffen.

Uit de afbeeldingen van de sticker kon het team de veranderende diameter van grote bloedvaten observeren terwijl ze zaten en stonden. De stickers legden ook details vast over diepere organen, zoals hoe het hart van vorm verandert tijdens het sporten. De onderzoekers zagen ook hoe de maag zich uitstrekte en vervolgens kromp toen vrijwilligers dronken en later sap uit hun systeem stuurden. En toen sommige vrijwilligers gewichten tilden, was het team in staat om heldere patronen in onderliggende spieren te detecteren, wat een tijdelijk microletsel signaleerde.

Het team werkt eraan om de stickers draadloos te laten werken. Ze ontwikkelen ook software-algoritmen op basis van kunstmatige intelligentie om stickerafbeeldingen beter te interpreteren en te diagnosticeren.

Dit onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door MIT, het Defense Advanced Research Projects Agency, de National Science Foundation, de National Institutes of Health en de VS. Army Research Office via het Institute for Soldier Nanotechnologies aan het MIT.

Be First to Comment

Geef een reactie

%d bloggers liken dit: