Echografie is een veilig en niet-invasief inzicht in de werking van het lichaam, waardoor artsen levendige beelden krijgen van de inwendige organen van een patiënt.
Om deze beelden vast te leggen, manipuleren getrainde technici echografiestaven en sondes om geluidsgolven het lichaam in te sturen. Deze golven worden teruggekaatst om beelden met hoge resolutie te creëren van het hart, de longen en andere organen diep in het lichaam van de patiënt.
Tot nu toe was voor echografie omvangrijke en gespecialiseerde apparatuur nodig die alleen in ziekenhuizen en dokterspraktijken beschikbaar was. Maar een nieuw ontwerp van MIT-ingenieurs zou de technologie net zo draagbaar en betaalbaar kunnen maken als het kopen van pleisters bij de drogisterij.
In een artikel gepubliceerd in Science presenteren de ingenieurs het ontwerp van hun nieuwe echografiesticker, een apparaat ter grootte van een postzegel dat aan de huid kleeft en 48 uur lang een continu echografiebeeld van inwendige organen kan geven.
De stickers die op vrijwilligers werden aangebracht, lieten zien dat de apparaten levendige beelden met hoge resolutie produceerden van de belangrijkste bloedvaten en dieper gelegen organen, zoals het hart, de longen en de maag. De stickers behielden een sterke hechting en legden veranderingen in de onderliggende organen vast terwijl de vrijwilligers verschillende activiteiten uitvoerden, waaronder zitten, staan, joggen en fietsen.
Als de apparaten draadloos kunnen werken, een doel waar het team momenteel naar streeft, kunnen de echostickers worden omgezet in draagbare beeldvormingsproducten die patiënten mee naar huis kunnen nemen bij de dokter of zelfs kunnen kopen bij een apotheek.
“We stellen ons verschillende patches voor die op verschillende plaatsen op het lichaam worden geplakt om met de mobiele telefoon te communiceren, waar AI-algoritmen de beelden op verzoek zullen analyseren”, zegt senior auteur van het onderzoek, Xuanhe Zhao, hoogleraar mechanische, civiele en milieutechniek aan het MIT. . -“Wij geloven dat we een nieuw tijdperk in draagbare beeldvorming hebben ontdekt: met een paar pleisters op je lichaam kun je je interne organen zien.”
Kleverig probleem
Om de organen met echografie in beeld te brengen, brengt de technicus eerst een vloeibare gel op de huid van de patiënt aan die ultrasone golven uitzendt. Vervolgens wordt een sonde of transducer tegen de gel gedrukt, waardoor geluidsgolven het lichaam in worden gestuurd die via interne structuren weerkaatsen en terug naar de sonde, waar de gereflecteerde signalen worden vertaald in visuele beelden.
Voor patiënten die lange perioden van beeldvorming nodig hebben, bieden sommige ziekenhuizen sondes aan die aan robotarmen zijn bevestigd en die de sonde op zijn plaats kunnen houden zonder moe te worden, maar de vloeibare ultrasone gel lekt en droogt na verloop van tijd op, waardoor het langetermijnbeeld wordt verstoord.
De afgelopen jaren hebben wetenschappers ontwerpen onderzocht voor rekbare ultrasone sondes die draagbare, onopvallende beeldvorming van inwendige organen zouden opleveren. Deze ontwerpen leveren een flexibele reeks kleine ultrasone transducers op, met het idee dat een dergelijk apparaat kan uitrekken en zich kan aanpassen aan het lichaam van de patiënt.
Maar deze experimentele ontwerpen hebben beelden met een lage resolutie opgeleverd, deels als gevolg van hun uitrekking: terwijl ze met het lichaam meebewegen, verschuiven de transducers hun locatie ten opzichte van elkaar, waardoor het resulterende beeld wordt vervormd.
“Een draagbaar hulpmiddel voor echografie zou een enorm potentieel hebben in de toekomst van de klinische diagnostiek. De resolutie en beeldduur van bestaande echografiepleisters zijn echter relatief laag en kunnen diepere organen niet in beeld brengen”, benadrukken de wetenschappers.
Een kijkje binnen
De nieuwe echografiesticker van het MIT-team creëert beelden met een hogere resolutie over een langere periode door een rekbare kleeflaag te combineren met een stijve reeks transducers.
“Dankzij deze combinatie kan het apparaat zich aanpassen aan de huid, terwijl de relatieve locatie van de transducers behouden blijft om duidelijkere en nauwkeurigere beelden te genereren”, zegt prof. Wang, een wetenschapper in het team.
De kleeflaag van het apparaat is gemaakt van twee dunne lagen elastomeer die een middelste laag inkapselen die bestaat uit een harde hydrogel, een materiaal op waterbasis dat gemakkelijk geluidsgolven doorlaat. In tegenstelling tot traditionele ultrasone gels is de hydrogel van het MIT-team elastisch en rekbaar.
“Het elastomeer voorkomt uitdroging van de hydrogel”, zegt Dr. Chen van het MIT-team. – “Alleen als de hydrogel sterk gehydrateerd is, kunnen de akoestische golven effectief doordringen en beelden met hoge resolutie van interne organen opleveren.”
De onderste elastomere laag is ontworpen om aan de huid te hechten, terwijl de bovenste laag kan worden bevestigd aan een stevige set transducers, die het team ook heeft ontworpen en gebouwd. De hele echosticker is ongeveer 2 vierkante centimeter breed en 3 millimeter dik – ongeveer zo groot als een postzegel.
Het team zet hun onderzoek voort om de stickers draadloos te laten werken. Ze ontwikkelen ook op kunstmatige intelligentie gebaseerde software-algoritmen die stickerafbeeldingen beter kunnen interpreteren en diagnosticeren. Prof. Zhao stelt zich vervolgens voor dat de echografiestickers door patiënten en consumenten kunnen worden gekocht en niet alleen kunnen worden gebruikt om verschillende interne organen te monitoren, maar ook om de progressie van tumoren en de ontwikkeling van foetussen in de baarmoeder te monitoren.
“We stellen ons voor dat we een doos met stickers zouden kunnen hebben, elk ontworpen om een andere locatie op het lichaam weer te geven”, zegt prof. Zhao. “We zijn ervan overtuigd dat deze ontdekking een belangrijke doorbraak zal blijken te zijn op het gebied van draagbare medische beeldvormingsapparatuur.”
Dit onderzoek werd gedeeltelijk gefinancierd door MIT, het Defense Advanced Research Projects Agency, de National Science Foundation, de National Institutes of Health en de US Army Research Service via het Military Nanotechnology Institute van MIT.
Milena Vasileva
