Ultrazvukové zobrazování je bezpečný a neinvazivní pohled do těla, který lékařům poskytuje živý obraz vnitřních orgánů pacienta. K pořízení těchto snímků vyškolení technici manipulují s ultrazvukovými hůlkami a sondami, aby do těla nasměrovali zvukové vlny. Ty se odrážejí zpět a ve vysokém rozlišení vytvářejí snímky srdce, plic i dalších vnitřních orgánů.
V současné době vyžaduje ultrazvukové zobrazování specializované a také objemné vybavení, které je k dispozici pouze v nemocnicích či ordinacích lékařů. Díky novému návrhu inženýrů z MIT by však tato technologie mohla být stejně dostupná a nositelná jako obyčejná náplast.
Výzkumníci aplikovali nálepky na dobrovolníky. Náplasti si udržely silnou přilnavost a zachycovaly změny v podkladových orgánech, i když dobrovolníci prováděli různé činnosti, jako například běh, jízdu na kole, sezení nebo stání.
Právě díky těmto aktivitám mohl tým výzkumníků pozorovat například změnu průměru hlavních cév při sezení či stání. Nálepky také zachycovaly, jak srdce mění tvar při námaze během cvičení. Výzkumníci mohli sledovat i to, jak se žaludek roztahuje a pak zase smršťuje, když dobrovolníci pili a později vyměšovali nápoje ze svého těla. Někteří dobrovolníci také zvedali činky a výzkumný tým mohl zaznamenat jasné vzory v podkožních svalech, které signalizovaly dočasné mikropoškození.
Bezdrátově?
Nynější konstrukce zařízení zatím vyžaduje připojení nálepek k přístrojům, které převádějí odražené zvukové vlny na obraz. Výzkumníci zdůrazňují, že i v současné podobě by nálepky mohly mít okamžité využití – například u pacientů v nemocnici, podobně jako EKG nálepky pro monitorování srdce, a mohly by nepřetržitě zobrazovat vnitřní orgány, aniž by technik musel dlouhou dobu držet sondu na místě.
Tým inženýrů nyní pracuje na tom, aby bylo možné bezdrátové fungování zařízení. Pokud by se jim takovou verzi podařilo vyrobit, mohly by se z ultrazvukových nálepek stát nositelné zobrazovací nástroje, které by si pacienti mohli vzít domů z ordinace lékaře nebo dokonce zakoupit v lékárně.
„Představujeme si několik náplastí nalepených na různých místech těla, které by komunikovaly s mobilním telefonem, kde by algoritmy umělé inteligence na požádání analyzovaly snímky,“ říká hlavní autor studie a profesor strojního inženýrství a stavebního a environmentálního inženýrství na MIT Xuanhe Zhao. „Věříme, že jsme otevřeli novou éru nositelného zobrazování. S několika náplastmi na těle byste mohli vidět své vnitřní orgány,“ dodává. Zhao předpokládá, že by nálepky mohly být využívány například i pro sledování vývoje nádorů nebo plodu v děloze.
Pokusy o přenosné zobrazování
Výzkumníci se v posledních letech snažili přijít s roztažitelnými ultrazvukovými sondami, které by umožnily přenosné a nízkoprofilové zobrazování vnitřních orgánů. Tyto návrhy poskytovaly flexibilní soustavu malých ultrazvukových snímačů, přičemž myšlenka spočívala v tom, že takové zařízení by se roztáhlo a přizpůsobilo tělu pacienta.
Tato experimentální zařízení však poskytovala snímky s nízkým rozlišením – částečně kvůli své roztažnosti. Při pohybu těla se měniče vůči sobě navzájem posouvaly, což zkreslovalo výsledný obraz. „Nositelný ultrazvukový zobrazovací nástroj by měl obrovský potenciál v budoucí klinické diagnostice. Rozlišení a doba zobrazování stávajících ultrazvukových náplastí je však relativně nízká a nedokážou zobrazit hluboké orgány,“ míní postgraduální studen MIT Chonghe Wang.
Pohled zevnitř
Nová ultrazvuková nálepka týmu MIT vytváří snímky s vyšším rozlišením po delší dobu díky spojení elastické lepicí vrstvy s pevnou soustavou snímačů. „Tato kombinace umožňuje, aby se zařízení přizpůsobilo kůži a zároveň zachovalo relativní polohu měničů, a vytvářelo tak jasnější a přesnější snímky,“ vysvětluje Wang.
Lepicí vrstva zařízení je vyrobena ze dvou tenkých vrstev elastomeru, které obalují střední vrstvu pevného hydrogelu – materiálu převážně na bázi vody, který snadno přenáší zvukové vlny. Na rozdíl od tradičních ultrazvukových gelů je hydrogel týmu MIT pružný a elastický. „Elastomer zabraňuje dehydrataci hydrogelu,“ říká postdoktorand z MIT Chen. „Pouze pokud je hydrogel vysoce hydratovaný, mohou akustické vlny účinně pronikat a poskytovat zobrazení vnitřních orgánů s vysokým rozlišením,“ dodává.
Spodní vrstva elastomeru je navržena tak, aby přilnula ke kůži, zatímco horní vrstva přilne k pevné soustavě snímačů, které tým rovněž navrhl a vyrobil. Celá ultrazvuková nálepka měří na šířku asi dva centimetry čtvereční a její tloušťka dosahuje tří milimetrů.
