Ultrason etiketi iç organların sertleşmesindeki değişiklikleri tespit eder

MIT mühendisleri, vücudun derinliklerindeki organların sertliğini izleyebilen küçük bir ultrason etiketi geliştirdi. Yaklaşık posta pulu büyüklüğündeki çıkartma cilt üzerine yerleştirilebiliyor ve karaciğer ve böbrek yetmezliği ile katı tümör gelişimi gibi hastalık belirtilerini tespit etmek için tasarlandı.

içinde Açık erişim çalışması bugün ortaya çıkıyor Science Advances'da ekip, sensörün cilt yoluyla vücuda ses dalgaları gönderebildiğini, burada dalgaların iç organlardan yansıyıp etikete geri döndüğünü bildirdi. Yansıyan dalgaların deseni, etiketin ölçebileceği ve izleyebileceği organ sertliğinin kanıtı olarak okunabilir.

MIT'den makine mühendisliği profesörü Xuan Zhao, “Bazı organlar hastalandığında zamanla sertleşebilirler” diyor. “Bu giyilebilir çıkartmayı kullanarak, uzun süreler boyunca sertlikteki değişiklikleri sürekli olarak izleyebiliyoruz; bu, iç organ yetmezliğinin erken teşhisi için son derece önemli.”

Ekip, etiketin organ sertliğini 48 saatlik bir süre boyunca sürekli olarak izleyebildiğini ve hastalığın ilerleyişini gösterebilecek hafif değişiklikleri tespit edebildiğini gösterdi. Ön deneylerde araştırmacılar, yapışkan sensörün farelerde akut karaciğer yetmezliğinin erken belirtilerini tespit edebildiğini buldu.

Mühendisler tasarımı insanların kullanımına uyarlamak için çalışıyor. Çıkartmanın, düşük seviyeli sensörlerin organ nakli sonrası iyileşen hastaları sürekli olarak izleyebileceği yoğun bakım ünitelerinde (YBÜ'ler) kullanılacağını öngörüyorlar.

Araştırmanın başyazarı Hsiao-Chuan Liu, “Karaciğer veya böbrek naklinden hemen sonra bu etiketi hastaya yapıştırabileceğimizi ve organın sertliğinin günler içinde nasıl değiştiğini gözlemleyebileceğimizi hayal ediyoruz” diyor. “Akut karaciğer yetmezliğinin erken tanısı varsa, doktorlar durumun ağırlaşmasını beklemek yerine derhal gerekli müdahaleyi yapabilirler.” Liu, çalışmanın yapıldığı sırada MIT'de misafir bilim insanıydı ve şu anda Güney Kaliforniya Üniversitesi'nde yardımcı doçent olarak görev yapıyor.

Çalışmanın Massachusetts Teknoloji Enstitüsü'ndeki (MIT) ortak yazarları arasında Xiaoyu Chen ve Zhonghe Wang'ın yanı sıra Güney Kaliforniya Üniversitesi'nden işbirlikçileri yer alıyor.

Sensör salınım yapıyor

Tıpkı kaslarımız gibi, vücudumuzdaki dokular ve organlar da yaşlandıkça sertleşir. Bazı hastalıklarda sertleşmiş organlar daha belirgin hale gelebilir, bu da sağlıkta ciddi bir bozulma olasılığını gösterir. Doktorlar artık böbrekler ve karaciğer gibi organların sertliğini, ultrason elastografisini kullanarak ölçebilecek yöntemlere sahip. Bu teknik, bir teknisyenin elde taşınan bir probu veya değneği cilt üzerinde hareket ettirdiği ultrasona benzer bir teknik. Prob vücuda ses dalgaları göndererek iç organların hafifçe titreşmesine ve karşılığında dalgalar göndermesine neden oluyor. Prob, organın indüklenen titreşimlerini algılar ve titreşimlerin şekli, organın ne kadar salındığına veya sertleştiğine dönüştürülebilir.

Ultrason elastografisi yoğun bakım ünitesinde yakın zamanda organ nakli geçirmiş olan hastaların izlenmesi için yaygın olarak kullanılmaktadır. Teknisyenler, yeni organı hızlı bir şekilde incelemek ve sertleşme ve olası akut başarısızlık veya reddedilme belirtilerini aramak için ameliyattan kısa bir süre sonra hastayı periyodik olarak muayene eder.

Güney Kaliforniya Üniversitesi'nden profesör Qifa Zhou, “Organ naklinden sonra yoğun bakım ünitesindeki ilk 72 saat en kritik dönemdir” diyor. “Geleneksel ultrasonla vücudu incelemeniz gerekir. Ancak bunu uzun vadede sürekli olarak yapamazsınız. Doktorlar çok önemli bir anı kaçırabilir ve organın başarısız olduğunu çok geç fark edebilir.”

Ekip daha dayanıklı, giyilebilir bir alternatif sunabileceklerini fark etti. Çözümleri genişliyor Ultrason posteri Daha önce derin doku ve organları görüntülemek için geliştirilmişlerdi.

Zhao, “Görüntüleme etiketimiz boyuna dalgaları yakaladı, oysa bu sefer size elemanın sertliğini gösterecek olan kesme dalgalarını yakalamak istedik” diye açıklıyor.

Mevcut ultrason sensörleri, ses darbelerine yanıt olarak kayma dalgalarını veya bir organın titreşimini ölçer. Bir kesme dalgası bir elemanda ne kadar hızlı ilerlerse, elemanın o kadar rijit olduğu yorumlanır. (Futbol topuyla karşılaştırıldığında su balonunu zıplatmayı düşünün.)

Ekip, ultrason görüntülemesini pul boyutunda bir çıkartmaya sığacak şekilde küçültmeyi düşünüyordu. Ayrıca, her biri gelen elektrik alanını giden ses dalgalarına dönüştüren, tipik olarak yaklaşık 128 piezoelektrik dönüştürücü içeren taşınabilir ticari sensörlerle aynı hassasiyeti korumayı da amaçladılar.

Zhou, “Yüksek kaliteli piezoelektrik malzemelerden küçük dönüştürücüleri kesmek için gelişmiş üretim teknikleri kullandık, bu da minyatür ultrasonik etiketler tasarlamamıza olanak sağladı” diyor.

Araştırmacılar hassas bir şekilde 128 adet minyatür dönüştürücü üretti ve bunları 25 mm karelik bir çipe entegre etti. Çipin alt tarafını, ses dalgalarının neredeyse hiç kayıp olmadan cihaza girip çıkmasına izin veren, su ve polimer karışımı olan yapışkan, esnek bir malzeme olan hidrojelden yapılmış bir yapıştırıcıyla kapladılar.

Ekip, ilk deneylerde sertliği algılayan etiketi fareler üzerinde test etti. Etiketlerin 48 saatlik bir süre boyunca karaciğer sertliğinin sürekli ölçümlerini alabildiğini buldular. Etiket tarafından toplanan verilerden araştırmacılar, akut karaciğer yetmezliğinin açık, erken belirtilerini gözlemlediler ve daha sonra bunları doku örnekleriyle doğruladılar.

Liu, “Karaciğer iflas ettiğinde organın sertliği birkaç kat artacaktır” diye belirtiyor.

Zhao, “Sert haşlanmış yumurta gibi titrek olan sağlıklı bir karaciğerden, katı haşlanmış yumurtaya benzeyen hasta bir karaciğere geçebilirsiniz” diye ekliyor. “Bu çıkartma vücudun derinliklerindeki farklılıkları algılayabilir ve organ yetmezliği meydana geldiğinde uyarı verebilir.”

Ekip, etiketi yoğun bakım ünitesinde organ nakli sonrası iyileşen hastalarda kullanılmak üzere uyarlamak için doktorlarla birlikte çalışıyor. Bu senaryoda, çıkartmanın hastanın cildine yapıştırılabileceği ve gönderip aldığı ses dalgalarının çıkartmaya bağlanan elektronik cihazlar tarafından iletilebileceği ve toplanabileceği mevcut tasarımında önemli bir değişiklik beklenmiyor. , benzer şekilde. Doktorun muayenehanesindeki elektrotlara ve EKG makinelerine.

Harvard Tıp Fakültesi'nde tıp profesörü ve BYU'da yardımcı biyomühendis olan Schreck Zhang, “Bu sistemin asıl güzelliği, artık giyilebilir olması, düşük ağırlıklı, uyumlu ve zaman içinde sürekli izlemeye olanak sağlamasıdır” diyor. ve Harvard Üniversitesi. Araştırmaya dahil olmayan Kadın Hastanesi. “Bu muhtemelen sadece hastaların daha az acı çekmesine ve hastalıklarının ilerleyişinin uzun süreli, neredeyse gerçek zamanlı izlenmesine olanak sağlamakla kalmayacak, aynı zamanda eğitimli hastane personelinin diğer önemli görevleri yerine getirmesine de olanak tanıyacak.”

Araştırmacılar ayrıca yamayı, tüm elektroniklerin ve eşlik eden işlemlerin biraz daha büyük bir yamaya sığacak şekilde minyatürleştirildiği, daha taşınabilir, kendi kendini kapatan bir versiyona dönüştürmeyi umuyorlar. Daha sonra bu çıkartmanın, şiddetli bir şekilde katılaştığı bilinen katı tümörlerin gelişimi gibi koşulları daha uzun süre boyunca sürekli olarak izlemek için evdeki hastalar tarafından giyilebileceğini öngörüyorlar.

Zhao, “Bunun hayat kurtaran bir teknoloji platformu olduğuna inanıyoruz” diyor. “Gelecekte, insanların çeşitli hayati belirtileri ölçmek, fotoğraflamak ve vücuttaki ana organların sağlığını takip etmek için vücutlarına bazı çıkartmalar yapıştırabileceğine inanıyoruz.”

Bu çalışma kısmen Ulusal Sağlık Enstitüleri tarafından desteklenmiştir.