لینک کوتاه مطلب : https://hsgar.com/?p=6724

مهندسان MIT برچسب هایی تولید می کنند که می توانند داخل بدن را ببینند | اخبار MIT

تصویربرداری اولتراسوند پنجره ای امن و غیرتهاجمی به عملکرد بدن است که تصاویر زنده از اندام های داخلی بیمار را در اختیار پزشکان قرار می دهد. برای ثبت این تصاویر، تکنسین های آموزش دیده با دستکاری میله ها و کاوشگرهای اولتراسوند امواج صوتی را به داخل بدن هدایت می کنند. این امواج به بیرون منعکس می شوند تا تصاویری با وضوح بالا از قلب، ریه ها و سایر اندام های عمیق بیمار تولید کنند.

در حال حاضر تصویربرداری اولتراسوند نیاز به تجهیزات حجیم و تخصصی دارد که فقط در بیمارستان ها و مطب های پزشک موجود است. اما یک طراحی جدید توسط مهندسان MIT ممکن است این فناوری را به اندازه خرید چسب در داروخانه قابل پوشیدن و در دسترس قرار دهد.

که در یک کاغذ امروز در علوم پایهمهندسان طرحی را برای برچسب سونوگرافی جدید ارائه کردند – دستگاهی به اندازه تمبر که به پوست می چسبد و می تواند تصویربرداری سونوگرافی مداوم از اندام های داخلی را به مدت 48 ساعت ارائه دهد.

محققان این برچسب ها را روی داوطلبان گذاشتند و نشان دادند که دستگاه ها تصاویر زنده و با وضوح بالا از رگ های خونی اصلی و اندام های عمیق تر مانند قلب، ریه ها و معده تولید می کنند. این برچسب‌ها چسبندگی قوی داشتند و تغییراتی را در اندام‌های زیرین به ثبت رساندند، زیرا داوطلبان فعالیت‌های مختلفی از جمله نشستن، ایستادن، دویدن و دوچرخه‌سواری را انجام می‌دادند.

طراحی فعلی مستلزم اتصال برچسب ها به ابزارهایی است که امواج صوتی منعکس شده را به تصاویر تبدیل می کنند. محققان خاطرنشان می‌کنند که حتی در شکل فعلی‌شان، این برچسب‌ها می‌توانند کاربردهای فوری داشته باشند: به عنوان مثال، این دستگاه‌ها می‌توانند مانند برچسب‌های EKG مانیتورینگ قلب روی بیماران در بیمارستان اعمال شوند و می‌توانند به طور مداوم از اندام‌های داخلی بدون نیاز به تکنسین تصویربرداری کنند. برای نگه داشتن کاوشگر در محل برای مدت طولانی.

اگر بتوان این دستگاه‌ها را برای کار بی‌سیم ساخت – هدفی که تیم در حال حاضر روی آن کار می‌کند – برچسب‌های اولتراسوند را می‌توان به محصولات تصویربرداری پوشیدنی تبدیل کرد که بیماران می‌توانند از مطب پزشک به خانه ببرند یا حتی از داروخانه بخرند.

نویسنده ارشد این مطالعه، ژوانه ژائو، استاد مهندسی مکانیک و عمران، می‌گوید: «ما تصور می‌کنیم که چند وصله در مکان‌های مختلف بدن چسبیده باشند، و وصله‌ها با تلفن همراه شما ارتباط برقرار می‌کنند، جایی که الگوریتم‌های هوش مصنوعی تصاویر را در صورت درخواست تجزیه و تحلیل می‌کنند. مهندسی محیط زیست در MIT ما معتقدیم که دوران جدیدی از تصویربرداری پوشیدنی را باز کرده‌ایم: با چند تکه روی بدن، می‌توانید اندام‌های داخلی خود را ببینید.»

این مطالعه همچنین شامل نویسندگان اصلی Chonghe Wang و Xiaoyu Chen و نویسندگان همکار Liu Wang، Mitsutoshi Makihata و Tao Zhao در MIT، همراه با Hsiao-Chuan Liu از کلینیک Mayo در روچستر، مینه‌سوتا است.

یک مسئله چسبنده

برای تصویربرداری با اولتراسوند، یک تکنسین ابتدا یک ژل مایع را روی پوست بیمار اعمال می کند که برای انتقال امواج اولتراسوند عمل می کند. سپس یک کاوشگر یا مبدل بر روی ژل فشار داده می‌شود و امواج صوتی را به بدن ارسال می‌کند که از ساختارهای داخلی بازتاب می‌کند و به کاوشگر بازمی‌گردد، جایی که سیگنال‌های پژواک به تصاویر بصری تبدیل می‌شوند.

برای بیمارانی که به دوره‌های طولانی تصویربرداری نیاز دارند، برخی از بیمارستان‌ها پروب‌هایی را ارائه می‌دهند که روی بازوهای رباتیک نصب می‌شوند که می‌توانند مبدل را بدون خستگی در جای خود نگه دارند، اما ژل اولتراسوند مایع با گذشت زمان از بین می‌رود و خشک می‌شود و تصویربرداری طولانی‌مدت را قطع می‌کند.

در سال‌های اخیر، محققان طرح‌هایی را برای کاوشگرهای اولتراسوند کششی مورد بررسی قرار داده‌اند که می‌تواند تصویربرداری قابل حمل و با مشخصات پایین از اندام‌های داخلی را ارائه دهد. این طرح‌ها مجموعه‌ای انعطاف‌پذیر از مبدل‌های اولتراسوند کوچک را ارائه می‌کردند، ایده این بود که چنین دستگاهی کشیده می‌شود و با بدن بیمار مطابقت دارد.

اما این طرح‌های آزمایشی، تا حدی به دلیل کشششان، تصاویری با وضوح پایین تولید کرده‌اند: در حرکت با بدن، مبدل‌ها مکان را نسبت به یکدیگر تغییر می‌دهند و تصویر حاصل را مخدوش می‌کنند.

ابزار تصویربرداری فراصوت پوشیدنی پتانسیل زیادی در آینده تشخیص بالینی خواهد داشت. با این حال، وضوح و مدت زمان تصویربرداری تکه‌های اولتراسوند موجود نسبتاً کم است و نمی‌توانند از اندام‌های عمیق تصویربرداری کنند.

نگاهی به درون

برچسب سونوگرافی جدید تیم MIT با جفت کردن یک لایه چسبنده کشسان با مجموعه ای سفت و سخت از مبدل ها، تصاویری با وضوح بالاتر در مدت زمان طولانی تری تولید می کند. این ترکیب دستگاه را قادر می‌سازد تا با پوست مطابقت داشته باشد و در عین حال موقعیت نسبی مبدل‌ها را حفظ کند تا تصاویر واضح‌تر و دقیق‌تری تولید کند. وانگ می گوید.

لایه چسب این دستگاه از دو لایه نازک الاستومر ساخته شده است که لایه میانی هیدروژل جامد را در خود جای داده است، ماده ای عمدتاً بر پایه آب که امواج صوتی را به راحتی منتقل می کند. بر خلاف ژل های سونوگرافی سنتی، هیدروژل تیم MIT الاستیک و کشسان است.

چن، فوق دکترای MIT می گوید: «الاستومر از کم آبی هیدروژل جلوگیری می کند. تنها زمانی که هیدروژل به شدت هیدراته شده باشد، امواج صوتی می توانند به طور موثر نفوذ کنند و تصویربرداری با وضوح بالا از اندام های داخلی ارائه دهند.

لایه الاستومری پایین به گونه ای طراحی شده است که به پوست بچسبد، در حالی که لایه بالایی به مجموعه ای سفت و سخت از مبدل ها می چسبد که این تیم نیز طراحی و ساخته شده است. اندازه کل برچسب اولتراسوند حدود 2 سانتی متر مربع و ضخامت 3 میلی متر است – تقریباً مساحت یک تمبر پستی.

محققان برچسب اولتراسوند را از طریق یک باتری آزمایشی با داوطلبان سالم انجام دادند که این برچسب‌ها را روی قسمت‌های مختلف بدن خود از جمله گردن، سینه، شکم و بازوها می‌بستند. این برچسب ها به پوست خود چسبیده بودند و تا 48 ساعت تصاویر واضحی از ساختارهای زیرین ایجاد کردند. در این مدت، داوطلبان فعالیت های مختلفی را در آزمایشگاه انجام دادند، از نشستن و ایستادن گرفته تا دویدن، دوچرخه سواری و وزنه زدن.

از روی تصاویر برچسب‌ها، تیم توانست تغییر قطر رگ‌های خونی اصلی را هنگام نشستن در مقابل ایستادن مشاهده کند. این برچسب‌ها همچنین جزئیات اندام‌های عمیق‌تر، مانند نحوه تغییر شکل قلب در حین ورزش را به تصویر می‌کشید. محققان همچنین قادر به تماشای انبساط معده بودند، سپس با نوشیدن آب توسط داوطلبان کاهش یافت و سپس آب از سیستم خود خارج شد. و در حالی که برخی از داوطلبان وزنه‌ها را بلند می‌کردند، تیم می‌توانست الگوهای روشن را در عضلات زیرین تشخیص دهد که نشان‌دهنده آسیب‌های کوچک موقتی است.

چن می‌گوید: «با تصویربرداری، ممکن است بتوانیم لحظه‌ای را در تمرین قبل از استفاده بیش از حد به تصویر بکشیم و قبل از اینکه ماهیچه‌ها درد کنند، توقف کنیم. ما هنوز نمی دانیم چه زمانی ممکن است آن لحظه باشد، اما اکنون می توانیم داده های تصویری را ارائه کنیم که کارشناسان بتوانند تفسیر کنند.

این تیم در تلاش است تا استیکرها را به صورت بی سیم کار کند. آنها همچنین در حال توسعه الگوریتم های نرم افزاری مبتنی بر هوش مصنوعی هستند که می تواند تصاویر برچسب ها را بهتر تفسیر و تشخیص دهد. سپس، ژائو تصور می کند که برچسب های اولتراسوند می توانند توسط بیماران و مصرف کنندگان بسته بندی و خریداری شوند و نه تنها برای نظارت بر اندام های داخلی مختلف، بلکه همچنین پیشرفت تومورها و همچنین رشد جنین ها در رحم استفاده شوند.

ژائو می‌گوید: «ما تصور می‌کنیم که می‌توانیم جعبه‌ای از برچسب‌ها داشته باشیم که هر کدام برای تصویربرداری از مکان متفاوتی از بدن طراحی شده‌اند. ما معتقدیم که این نشان دهنده یک پیشرفت در دستگاه های پوشیدنی و تصویربرداری پزشکی است.

این تحقیق تا حدی توسط MIT، آژانس پروژه‌های تحقیقاتی پیشرفته دفاعی، بنیاد ملی علوم، مؤسسه ملی بهداشت، و دفتر تحقیقات ارتش ایالات متحده از طریق مؤسسه نانوتکنولوژی‌های سرباز در MIT تأمین شده است.

لینک منبع

ارسال یک پاسخ

آدرس ایمیل شما منتشر نخواهد شد.