Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали мягкую и эластичную ультразвуковую повязку, которую можно носить на коже, чтобы контролировать кровоток через основные артерии и вены глубоко внутри тела человека.
Знание того, насколько быстро и сколько крови проходит через кровеносные сосуды пациента, важно, потому что это может помочь врачам диагностировать различные сердечно-сосудистые заболевания, включая тромбы, проблемы с сердечным клапаном, плохое кровообращение в конечностях или закупорку артерий, которые могут привести к инсульту или сердечные приступы, пишет medicalxpress.com.
Новый ультразвуковой пластырь, разработанный в Калифорнийском университете в Сан-Диего, может непрерывно контролировать кровоток, а также артериальное давление и работу сердца в режиме реального времени. Ношение такого устройства может облегчить выявление сердечно-сосудистых проблем на раннем этапе.
Команда под руководством Шэна Сюй, профессора наноинженерии инженерной школы Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобс, сообщила о патче в статье, опубликованной 16 июля в журнале Nature Biomedical Engineering.
Патч можно носить на шее или груди. Особенность пластыря заключается в том, что он может неинвазивным способом воспринимать и измерять сердечно-сосудистые сигналы на глубине до 14 сантиметров внутри тела. И делает это с высокой точностью.
«Этот тип носимых устройств может дать вам более полную и точную картину того, что происходит в глубоких тканях и важнейших органах, таких как сердце и мозг, с поверхности кожи», - сказал Сюй.
«Обнаружение сигналов на такой глубине является чрезвычайно сложной задачей для носимой электроники. Тем не менее, именно здесь находятся самые важные сигналы организма и центральные органы», - сказал Чонхэ Ван, бывший аспирант по наноинженерии в лаборатории Сюя и соавтор книги. изучение. «Мы разработали носимое устройство, которое может проникать в такие глубокие глубины тканей и воспринимать эти жизненно важные сигналы далеко под кожей. Эта технология может дать новые знания в области здравоохранения».
Еще одна инновационная особенность пластыря заключается в том, что ультразвуковой луч можно наклонять под разными углами и направлять в области тела, которые не находятся непосредственно под пластырем.
По словам Сюй, это первое устройство в области носимых устройств, поскольку существующие носимые датчики обычно контролируют только области прямо под ними. «Если вы хотите улавливать сигналы в другом месте, вам необходимо переместить датчик в это место. С помощью этого патча мы можем исследовать области, которые шире, чем площадь основания устройства. Это может открыть много возможностей».
Как это устроено
Пластырь состоит из тонкого листа гибкого растяжимого полимера, который прилипает к коже. На пластыре встроен массив ультразвуковых датчиков миллиметрового размера. Каждый из них индивидуально управляется компьютером - этот тип массива известен как ультразвуковая фазированная решетка. Это ключевая часть технологии, потому что она позволяет патчу углубляться и расширяться.
Фазированная антенная решетка предлагает два основных режима работы. В одном режиме все преобразователи могут быть синхронизированы для совместной передачи ультразвуковых волн, что дает ультразвуковой луч высокой интенсивности, который фокусируется на одной точке на глубине до 14 сантиметров в теле. В другом режиме преобразователи могут быть запрограммированы на передачу не синхронно, что создает ультразвуковые лучи, которые можно направлять под разными углами.
«Благодаря технологии фазированных решеток мы можем манипулировать ультразвуковым лучом так, как мы хотим», - сказал Муян Линь, доктор философии по наноинженерии. студент Калифорнийского университета в Сан-Диего, который также является соавтором исследования. «Это дает нашему устройству множество возможностей: мониторинг центральных органов, а также кровотока с высоким разрешением. Это было бы невозможно с использованием только одного датчика».
Фазированная антенная решетка состоит из 12 по 12 сетки ультразвуковых преобразователей . Когда электричество проходит через преобразователи, они вибрируют и излучают ультразвуковые волны, которые проходят через кожу и глубоко проникают в тело. Когда ультразвуковые волны проходят через главный кровеносный сосуд, они сталкиваются с движением эритроцитов, протекающих внутри. Это движение изменяет или сдвигает то, как ультразвуковые волны отражаются обратно на участок - эффект, известный как доплеровский сдвиг частоты. Этот сдвиг отраженных сигналов улавливается повязкой и используется для создания визуальной записи кровотока. Этот же механизм можно использовать для создания движущихся изображений стен сердца.
Потенциально изменит правила игры в клинике
Для многих людей кровоток не измеряется при регулярном посещении врача. Обычно его оценивают после того, как у пациента появляются некоторые признаки сердечно-сосудистых заболеваний или если пациент находится в группе высокого риска.
Само стандартное исследование кровотока может занять много времени и трудозатрат. Обученный техник прижимает портативный ультразвуковой датчик к коже пациента и перемещает его из одной области в другую, пока он не окажется прямо над крупным кровеносным сосудом. Это может показаться простым, но результаты могут отличаться в зависимости от тестов и технических специалистов.
«Поскольку патч прост в использовании, он может решить эти проблемы», - сказал Сай Чжоу, доктор философии в области материаловедения и инженерии. студент Калифорнийского университета в Сан-Диего и соавтор исследования. «Просто приклейте его к коже, а затем считайте сигналы. Это не зависит от оператора и не создает дополнительной работы или нагрузки для техников, клиницистов или пациентов», - сказал он. «В будущем пациенты могли бы носить что-то подобное для оказания медицинской помощи или постоянного наблюдения дома».
В тестах использовался пластырь, а также коммерческий ультразвуковой датчик, используемый в клинике. Он точно зарегистрировал кровоток в основных кровеносных сосудах, таких как сонная артерия, которая является артерией на шее, снабжающей кровью мозг. Возможность отслеживать изменения в этом потоке может, например, помочь определить, подвержен ли человек риску инсульта, задолго до появления симптомов.
Исследователи отмечают, что пластырю еще предстоит пройти долгий путь, прежде чем он будет готов для клиники. В настоящее время для работы его необходимо подключить к источнику питания и настольному компьютеру. Команда Сюй работает над интеграцией всей электроники в патч, чтобы сделать его беспроводным.
