Tryck "Enter" för att gå vidare till kommentarer

MIT-ingenjörer utvecklar klistermärken som kan se inuti kroppen

Ultraljudsavbildning är ett säkert och icke-invasivt fönster in i kroppens funktion, vilket ger läkare levande bilder av en patients inre organ. För att fånga dessa bilder manipulerar utbildade tekniker ultraljudsstavar och sonder för att rikta ljudvågor in i kroppen. Dessa vågor reflekteras tillbaka ut för att producera högupplösta bilder av en patients hjärta, lungor och andra djupa organ.

Ultraljudsundersökning kräver skrymmande och specialiserad utrustning som endast finns tillgänglig på sjukhus och läkarmottagningar. Men en ny design av MIT-ingenjörer kan göra tekniken lika bärbar och tillgänglig som att köpa plåster på apoteket.

I en tidning som visas idag i Science presenterar ingenjörerna designen för ett nytt ultraljudsdekal. Denna enhet i stämpelstorlek fastnar på huden och kan ge kontinuerlig ultraljudsavbildning av inre organ i 48 timmar.

Forskarna applicerade klistermärkena på frivilliga och visade att enheterna producerade levande högupplösta bilder av stora blodkärl och djupare organ som hjärta, lungor och mage. Klistermärkena bibehöll en stark vidhäftning och fångade förändringar i underliggande organ när volontärer utförde olika aktiviteter, inklusive att sitta, stå, jogga och cykla.

Den nuvarande designen kräver att klistermärkena kopplas till instrument som översätter de reflekterade ljudvågorna till bilder. Forskarna påpekar att även i sin nuvarande form kan klistermärkena ha omedelbara tillämpningar: Till exempel kan enheterna appliceras på patienter på sjukhus, liknande hjärtövervakande EKG-klistermärken, och kan kontinuerligt avbilda inre organ utan att behöva en tekniker att hålla en sond på plats under långa tidsperioder.

Om enheterna kan fås att fungera trådlöst – ett mål som teamet arbetar mot – skulle ultraljudsklistermärkena kunna göras till bärbara bildprodukter som patienter kan ta hem från en läkarmottagning eller till och med köpa på ett apotek.

En klibbig fråga

För att avbilda med ultraljud applicerar en tekniker först en flytande gel på en patients hud, som verkar för att överföra ultraljudsvågor. En sond, eller givare, pressas sedan mot gelén, vilket skickar ljudvågor in i kroppen som ekar från inre strukturer och tillbaka till sonden, där de ekade signalerna översätts till visuella bilder.

För patienter som behöver långa bildbehandlingsperioder erbjuder vissa sjukhus sonder fästa på robotarmar som kan hålla en givare på plats utan att tröttna, men den flytande ultraljudsgelen flyter iväg och torkar ut med tiden, vilket avbryter långtidsavbildningen.

Under de senaste åren har forskare utforskat design för töjbara ultraljudssonder som skulle ge bärbar, lågprofilsavbildning av inre organ. Dessa konstruktioner gav en flexibel uppsättning små ultraljudsgivare, tanken var att en sådan anordning skulle sträcka sig och anpassa sig till en patients kropp.

Men dessa experimentella konstruktioner har producerat lågupplösta bilder, delvis på grund av deras sträckning: När de rör sig med kroppen, skiftar omvandlarna plats i förhållande till varandra, vilket förvränger den resulterande bilden.

En inblick

MIT-teamets nya ultraljudsklistermärke producerar bilder med högre upplösning under en längre varaktighet genom att para ihop ett stretchigt självhäftande lager med en styv uppsättning givare.

Enhetens självhäftande lager är tillverkat av två tunna lager av elastomer som kapslar in ett mellanlager av solid hydrogel, ett mestadels vattenbaserat material som enkelt överför ljudvågor. MIT-teamets hydrogel är elastisk och stretchig, till skillnad från traditionella ultraljudsgeler.

Det nedre elastomerskiktet är utformat för att fästa på huden, medan det översta lagret fäster vid en styv uppsättning givare som teamet också designat och tillverkat. Hela ultraljudsklistermärket mäter cirka 2 kvadratcentimeter tvärs över och 3 millimeter tjockt – ungefär samma yta som ett frimärke.

Forskarna körde ultraljudsklistermärket genom ett batteri av tester med friska frivilliga som bar klistermärkena på olika delar av sina kroppar, inklusive nacke, bröst, mage och armar. Klistermärkena förblev fästa på huden och gav tydliga bilder av underliggande strukturer i upp till 48 timmar. Under denna tid utförde volontärer olika aktiviteter i labbet, från att sitta och stå till att jogga, cykla och lyfta vikter.

Från klistermärkens bilder kunde teamet observera den förändrade diametern på stora blodkärl när de satt och stod. Klistermärkena fångade också detaljer om djupare organ, till exempel hur hjärtat ändrar form när det utövar under träning. Forskarna såg också hur magen töjdes ut och sedan krympte tillbaka när frivilliga drack och senare skickade juice ut ur deras system. Och när några volontärer lyfte vikter kunde teamet upptäcka ljusa mönster i underliggande muskler, vilket signalerade tillfällig mikroskada.

Teamet arbetar med att få klistermärkena att fungera trådlöst. De utvecklar också mjukvarualgoritmer baserade på artificiell intelligens för att bättre tolka och diagnostisera klistermärkens bilder.

Denna forskning finansierades delvis av MIT, Defense Advanced Research Projects Agency, National Science Foundation, National Institutes of Health och U.S.A. Army Research Office genom Institute for Soldier Nanotechnologies vid MIT.

Var den första att kommentera

Leave a Reply

%d bloggers like this: