يطور المهندسون أول نظام موجات فوق صوتية متكامل يمكن ارتداؤه لمراقبة الأنسجة العميقة
نظام فوق صوتي يمكن ارتداؤه على رقعة لمراقبة الأنسجة العميقة. الائتمان: مويانغ لين
نجح فريق من المهندسين من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو في إنشاء نظام متكامل تمامًا لمراقبة الأنسجة العميقة.
نجحت مجموعة من المهندسين من جامعة كاليفورنيا في سان دييغو في إنشاء نظام الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء الافتتاحي المتكامل تمامًا لتتبع الأنسجة العميقة، وهو قابل للتطبيق حتى للأفراد المتنقلين.
قد يكون هذا الابتكار مهمًا لمراقبة صحة القلب والأوعية الدموية ويمثل علامة فارقة لواحد من أبرز المختبرات المتخصصة في تكنولوجيا الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء. نُشر بحثهم مؤخرًا في مجلة Nature Biotechnology .
نظام فوق صوتي يمكن ارتداؤه على رقعة لمراقبة نشاط القلب. الائتمان: مويانغ لين
قال مويانغ لين، الحاصل على درجة الدكتوراه: “يقدم هذا المشروع حلاً كاملاً لتقنية الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء – ليس فقط المستشعر القابل للارتداء، ولكن أيضًا أجهزة التحكم الإلكترونية مصنوعة في عوامل شكل يمكن ارتداؤها”. مرشح في قسم الهندسة النانوية في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو والمؤلف الأول للدراسة. “لقد صنعنا جهازًا يمكن ارتداؤه حقًا يمكنه استشعار العلامات الحيوية للأنسجة العميقة لاسلكيًا.”
ينبثق البحث من مختبر Sheng Xu ، أستاذ الهندسة النانوية في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس والمؤلف المقابل للدراسة.
يعتمد نظام الموجات فوق الصوتية المدمج القابل للارتداء والمتكامل بالكامل (USoP) على العمل السابق للمختبر في تصميم مستشعر الموجات فوق الصوتية الناعم. ومع ذلك، تتطلب جميع أجهزة الاستشعار التي تعمل بالموجات فوق الصوتية اللينة السابقة كبلات ربط لنقل البيانات والطاقة، مما يقيد إلى حد كبير حركة المستخدم.
نظام فوق صوتي يمكن ارتداؤه على رقعة لمراقبة الأنسجة العميقة. الائتمان: مويانغ لين
في هذا العمل، يشتمل على دائرة تحكم صغيرة ومرنة تتواصل مع مجموعة محولات طاقة بالموجات فوق الصوتية لجمع البيانات ونقلها لاسلكيًا. يساعد مكون التعلم الآلي في تفسير البيانات وتتبع الموضوعات المتحركة.
وفقًا لنتائج المختبر، يسمح نظام الموجات فوق الصوتية على الرقعة بالتتبع المستمر للإشارات الفسيولوجية من الأنسجة التي يصل عمقها إلى 164 ملم، والقياس المستمر لضغط الدم المركزي ومعدل ضربات القلب والناتج القلبي والإشارات الفسيولوجية الأخرى لمدة تصل إلى اثني عشر ساعة في الساعة. وقت.
قال لين: “تتمتع هذه التكنولوجيا بإمكانيات كبيرة لإنقاذ الأرواح وتحسينها”. يستطيع المستشعر تقييم وظيفة القلب والأوعية الدموية أثناء الحركة. تعتبر القيم غير الطبيعية لضغط الدم والناتج القلبي، أثناء الراحة أو أثناء التمرين، من السمات المميزة لفشل القلب. بالنسبة للسكان الأصحاء، يمكن لجهازنا قياس استجابات القلب والأوعية الدموية للتمرين في الوقت الفعلي، وبالتالي توفير رؤى حول كثافة التمرين الفعلية التي يمارسها كل شخص، والتي يمكن أن توجه صياغة خطط التدريب الشخصية. “
جهاز فوق صوتي قابل للارتداء على رقعة مثبتة على الصدر لقياس نشاط القلب. الائتمان: مويانغ لين
يمثل USoP أيضًا طفرة في تطوير إنترنت الأشياء الطبية (IoMT)، وهو مصطلح لشبكة من الأجهزة الطبية المتصلة بالإنترنت، والتي تنقل لاسلكيًا الإشارات الفسيولوجية إلى السحابة للحوسبة والتحليل والتشخيص المهني.
بفضل التقدم التكنولوجي والعمل الجاد للأطباء على مدى العقود القليلة الماضية، تلقت الموجات فوق الصوتية موجة مستمرة من الاهتمام، وغالبًا ما يتم ذكر مختبر Xu في أول نفس كرائد مبكر ودائم في هذا المجال، لا سيما في الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء.
أخذ المختبر أجهزة ثابتة ومحمولة وجعلها قابلة للتمدد ويمكن ارتداؤها، مما أدى إلى تحول عبر مشهد مراقبة الرعاية الصحية. تعتمد قوتها جزئيًا على تعاونها الوثيق مع الأطباء.
قال لين: “على الرغم من كوننا مهندسين، إلا أننا نعرف المشكلات الطبية التي يواجهها الأطباء”. “لدينا علاقة وثيقة مع المتعاونين السريريين لدينا ودائمًا ما نحصل على تعليقات قيمة منهم. تعد تقنية الموجات فوق الصوتية الجديدة القابلة للارتداء حلاً فريدًا لمعالجة العديد من تحديات مراقبة العلامات الحيوية في الممارسة السريرية. “
أثناء تطوير أحدث ابتكاراته، فوجئ الفريق باكتشاف أن لديه قدرات أكثر مما كان متوقعًا في البداية.
قال لين: “في بداية هذا المشروع، كنا نهدف إلى بناء جهاز استشعار ضغط الدم اللاسلكي”. “لاحقًا، بينما كنا نصنع الدائرة، ونصمم الخوارزمية، ونجمع الرؤى السريرية، توصلنا إلى أن هذا النظام يمكن أن يقيس العديد من المعلمات الفسيولوجية الأكثر أهمية من ضغط الدم، مثل النتاج القلبي، وتيبس الشرايين، وحجم الزفير وأكثر من ذلك، منها معايير أساسية للرعاية الصحية اليومية أو المراقبة داخل المستشفى “.
علاوة على ذلك، عندما يكون الموضوع في حالة حركة، ستكون هناك حركة نسبية بين مستشعر الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء وهدف الأنسجة، الأمر الذي سيتطلب إعادة ضبط يدوي متكرر لمستشعر الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء لتتبع الهدف المتحرك. في هذا العمل، طور الفريق خوارزمية التعلم الآلي لتحليل الإشارات المستلمة تلقائيًا واختيار القناة الأكثر ملاءمة لتتبع الهدف المتحرك.
ومع ذلك، عندما يتم تدريب الخوارزمية باستخدام بيانات أحد الموضوعات، فقد لا يكون هذا التعلم قابلاً للتحويل إلى مواضيع أخرى، مما يجعل النتائج غير متسقة وغير موثوقة.
قال Ziyang Zhang ، طالب الماجستير في قسم علوم وهندسة الكمبيوتر بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو والمؤلف الأول المشارك في الورقة: “لقد جعلنا في النهاية تعميم نموذج التعلم الآلي يعمل من خلال تطبيق خوارزمية تكيف متقدمة”. “يمكن أن تقلل هذه الخوارزمية تلقائيًا من اختلافات توزيع المجال بين الموضوعات المختلفة، مما يعني أنه يمكن نقل ذكاء الآلة من موضوع إلى موضوع. يمكننا تدريب الخوارزمية على موضوع واحد وتطبيقها على العديد من الموضوعات الجديدة الأخرى بأقل قدر من إعادة التدريب “.
من الآن فصاعدًا، سيتم اختبار المستشعر بين مجموعات أكبر. قال Xiaoxiang Gao ، باحث ما بعد الدكتوراه في قسم الهندسة النانوية بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو والمؤلف الأول المشارك في الدراسة: “حتى الآن، قمنا بالتحقق من صحة أداء الجهاز فقط على مجموعة صغيرة ولكن متنوعة من السكان”. “بما أننا نتصور هذا الجهاز باعتباره الجيل التالي من أجهزة مراقبة الأنسجة العميقة، فإن التجارب السريرية هي خطوتنا التالية.”
المصدر: scitechdaily
شاهد المزيد:
