신체 내부를 볼 수 있는 스티커를 개발합니다.
새로운 우표 크기의 초음파 접착제는 심장, 폐 및 기타 내부 장기의 선명한 이미지를 생성합니다.
날짜:
2022년 7월 28일
원천:
매사추세츠 공과 대학
요약:
엔지니어들은 신체의 초음파 이미지를 생성하는 접착 패치를 설계했습니다. 스탬프 크기의 이 장치는 피부에 달라붙어 48시간 동안 내부 장기의 지속적인 초음파 영상을 제공할 수 있다.
초음파 영상은 신체의 작용에 대한 안전하고 비침습적인 창으로 임상의에게 환자의 내부 장기에 대한 실시간 이미지를 제공합니다. 이러한 이미지를 캡처하기 위해 훈련된 기술자는 초음파 봉과 프로브를 조작하여 음파를 신체로 향하게 합니다. 이 파동은 다시 반사되어 환자의 심장, 폐 및 기타 심부 장기의 고해상도 이미지를 생성합니다.
현재 초음파 영상은 병원과 진료실에서만 구할 수 있는 부피가 크고 전문화된 장비를 필요로 합니다. 그러나 MIT 엔지니어들의 새로운 디자인은 이 기술을 약국에서 반창고를 사는 것처럼 착용할 수 있고 접근할 수 있게 만들 수 있습니다.
오늘 사이언스지에 실린 논문 에서 엔지니어들은 새로운 초음파 스티커에 대한 디자인을 제시했습니다. 이 스티커는 피부에 달라붙어 48시간 동안 내부 장기의 지속적인 초음파 영상을 제공할 수 있는 우표 크기의 장치입니다.
연구원들은 자원자들에게 스티커를 붙이고 주요 혈관과 심장, 폐, 위와 같은 더 깊은 장기의 생생한 고해상도 이미지를 생성하는 장치를 보여주었습니다. 스티커는 앉기, 서기, 조깅, 자전거 타기 등 다양한 활동을 하는 자원봉사자들의 강력한 접착력과 기저 장기의 변화를 포착했습니다.
현재 디자인에서는 반사된 음파를 이미지로 변환하는 악기에 스티커를 연결해야 합니다. 연구원들은 현재 형태로도 스티커가 즉각적인 적용이 가능하다고 지적합니다. 예를 들어, 심장 모니터링 EKG 스티커와 유사하게 이 장치를 병원에 있는 환자에게 적용할 수 있으며 기술자 없이도 내부 장기를 지속적으로 이미지화할 수 있습니다. 오랜 시간 동안 프로브를 제자리에 유지하기 위해.
장치가 무선으로 작동하도록 만들어질 수 있다면(팀이 현재 목표로 하고 있는) 초음파 스티커는 환자가 의사의 사무실에서 집으로 가져갈 수 있거나 약국에서 구입할 수 있는 웨어러블 이미징 제품으로 만들어질 수 있습니다.
연구의 수석 저자인 Xuanhe Zhao 교수는 "신체의 서로 다른 위치에 몇 개의 패치가 부착되고 패치가 휴대폰과 통신하여 AI 알고리즘이 요청에 따라 이미지를 분석할 것으로 예상합니다."라고 말했습니다. MIT에서 환경 공학. "우리는 웨어러블 이미징의 새로운 시대를 열었다고 믿습니다. 신체에 몇 개의 패치를 붙이면 내장을 볼 수 있습니다."
이 연구에는 또한 주 저자인 Chonghe Wang과 Xiaoyu Chen과 공동 저자인 Liu Wang, Mitsutoshi Makihata, Tao Zhao, 미네소타주 로체스터에 있는 Mayo Clinic의 Hsiao-Chuan Liu가 포함됩니다.
끈끈한 문제
초음파로 영상을 촬영하기 위해 기술자는 먼저 액체 젤을 환자의 피부에 바르고 초음파를 전달하는 역할을 합니다. 그런 다음 탐침 또는 변환기를 겔에 대고 음파를 체내로 보내 내부 구조에서 반향을 일으키고 반향된 신호가 시각적 이미지로 변환되는 탐침으로 다시 보냅니다.
장기간의 영상 촬영이 필요한 환자를 위해 일부 병원에서는 피로하지 않고 변환기를 제자리에 고정할 수 있는 로봇 팔에 프로브를 부착하지만 액체 초음파 젤은 시간이 지남에 따라 흘러나와 건조되어 장기 영상을 방해합니다.
최근 몇 년 동안 연구원들은 내부 장기에 대한 휴대형 로우 프로파일 이미징을 제공하는 신축성 있는 초음파 프로브의 설계를 탐구했습니다. 이러한 디자인은 작은 초음파 변환기의 유연한 배열을 제공했으며, 그러한 장치가 늘어나 환자의 신체에 적합하다는 아이디어였습니다.
그러나 이러한 실험적 디자인은 부분적으로 신축성으로 인해 저해상도 이미지를 생성했습니다. 신체와 함께 움직일 때 변환기는 서로에 대해 위치를 이동하여 결과 이미지를 왜곡합니다.
MIT 대학원생인 Chonghe Wang은 "웨어러블 초음파 영상 도구는 임상 진단의 미래에 큰 잠재력을 가질 것이다. 그러나 기존 초음파 패치의 해상도와 영상 지속 시간은 상대적으로 낮고 깊은 장기를 영상화할 수 없다"고 말했다.
내부 모습
MIT 팀의 새로운 초음파 스티커는 신축성 있는 접착층과 변환기의 단단한 배열을 결합하여 더 오랜 기간 동안 고해상도 이미지를 생성합니다. "이러한 조합을 통해 장치가 피부에 순응하면서 트랜스듀서의 상대적 위치를 유지하여 보다 선명하고 정확한 이미지를 생성할 수 있습니다." 왕은 말한다.
이 장치의 접착층은 음파를 쉽게 전달하는 대부분 수성 재료인 고체 하이드로겔의 중간층을 캡슐화하는 두 개의 얇은 엘라스토머 층으로 만들어집니다. 기존의 초음파 젤과 달리 MIT 팀의 하이드로젤은 신축성이 있고 신축성이 있습니다.
"엘라스토머는 하이드로겔의 탈수를 방지합니다."라고 MIT 박사후 연구원인 Chen이 말했습니다. "하이드로겔이 고도로 수화되어야만 음파가 효과적으로 침투하여 내부 장기의 고해상도 영상을 제공할 수 있습니다."
맨 아래 엘라스토머 층은 피부에 달라붙도록 설계되었으며 맨 위 층은 팀이 설계하고 제작한 견고한 트랜스듀서 어레이에 부착됩니다. 전체 초음파 스티커의 너비는 약 2제곱센티미터, 두께는 3밀리미터로 우표 면적과 비슷합니다.
연구원들은 목, 가슴, 복부 및 팔을 포함한 신체의 다양한 부분에 스티커를 부착한 건강한 지원자와 함께 일련의 테스트를 통해 초음파 스티커를 실행했습니다. 스티커는 피부에 부착된 상태를 유지하고 최대 48시간 동안 기본 구조의 선명한 이미지를 생성했습니다. 이 기간 동안 자원 봉사자들은 앉고 서기부터 조깅, 자전거 타기, 역도 들기까지 실험실에서 다양한 활동을 수행했습니다.
스티커 이미지에서 팀은 앉았을 때와 서 있을 때 주요 혈관의 직경이 변하는 것을 관찰할 수 있었습니다. 스티커는 또한 운동 중에 심장이 가하는 모양이 어떻게 변하는지와 같은 더 깊은 기관의 세부 사항을 포착했습니다. 연구자들은 또한 위가 팽창했다가 지원자가 술을 마셨을 때 뒤로 수축하는 것을 관찰할 수 있었고 나중에 주스를 체내에서 배출했습니다. 그리고 일부 지원자가 역기를 들어올릴 때 팀은 기저 근육에서 밝은 패턴을 감지하여 일시적인 미세 손상을 알릴 수 있었습니다.
"영상화를 사용하면 과사용하기 전에 운동의 순간을 포착하고 근육이 아프기 전에 멈출 수 있습니다."라고 Chen은 말합니다. "그 순간이 언제인지는 알 수 없지만 이제 전문가가 해석할 수 있는 영상 데이터를 제공할 수 있습니다."
팀은 스티커가 무선으로 작동하도록 하기 위해 노력하고 있습니다. 그들은 또한 스티커 이미지를 더 잘 해석하고 진단할 수 있는 인공 지능 기반 소프트웨어 알고리즘을 개발하고 있습니다. 그런 다음 Zhao는 초음파 스티커가 포장되어 환자와 소비자가 구매할 수 있으며 다양한 내부 장기뿐만 아니라 종양의 진행 및 자궁 내 태아의 발달을 모니터링하는 데 사용할 수 있다고 생각합니다.
"우리는 각각 신체의 다른 위치를 이미지하도록 설계된 스티커 상자를 가질 수 있다고 상상합니다."라고 Zhao는 말합니다. "우리는 이것이 웨어러블 기기와 의료 영상 분야의 돌파구라고 믿습니다."
출처 : https://www.sciencedaily.com/