يطور مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا ملصقات بالموجات فوق الصوتية يمكن أن ترى داخل الجسم
توفر المواد اللاصقة الجديدة بالموجات فوق الصوتية بحجم الختم صورًا واضحة للقلب والرئتين والأعضاء الداخلية الأخرى.
عندما يحتاج الأطباء إلى صور حية لأعضاء المريض الداخلية، فإنهم غالبًا ما يلجؤون إلى التصوير بالموجات فوق الصوتية للحصول على نافذة آمنة وغير باضعة في عمل الجسم.
من أجل التقاط هذه الصور الثاقبة، يتعامل الفنيون المدربون مع عصي وتحقيقات الموجات فوق الصوتية لتوجيه الموجات الصوتية إلى الجسم.
تنعكس هذه الموجات للخلف وتستخدم لإنتاج صور عالية الدقة لقلب المريض ورئتيه وأعضاء عميقة أخرى.
يتطلب التصوير بالموجات فوق الصوتية حاليًا معدات ضخمة ومتخصصة متوفرة فقط في المستشفيات وعيادات الأطباء.
ومع ذلك، فإن التصميم الجديد الذي طوره مهندسو معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا قد يجعل التكنولوجيا يمكن ارتداؤها ويمكن الوصول إليها مثل شراء Band-Aids من الصيدلية.
قدم المهندسون تصميم ملصق الموجات فوق الصوتية الجديد في ورقة نُشرت في 28 يوليو في مجلة Science .
يلتصق الجهاز بحجم الختم بالجلد ويمكن أن يوفر التصوير المستمر بالموجات فوق الصوتية للأعضاء الداخلية لمدة 48 ساعة.
لإثبات الاختراع، قام الباحثون بتطبيق الملصقات على المتطوعين. وأظهروا أن الأجهزة أنتجت صورا حية عالية الدقة لأوعية دموية رئيسية وأعضاء أعمق مثل القلب والرئتين والمعدة.
بينما كان المتطوعون يؤدون أنشطة مختلفة، بما في ذلك الجلوس والوقوف والركض وركوب الدراجات، حافظت الملصقات على التصاق قوي واستمرت في التقاط التغييرات في الأعضاء الأساسية.
في التصميم الحالي، يجب توصيل الملصقات بأدوات تترجم الموجات الصوتية المنعكسة إلى صور.
وفقًا للباحثين، يمكن أن يكون للملصقات تطبيقات فورية حتى في شكلها الحالي.
على سبيل المثال، يمكن تطبيق الأجهزة على المرضى في المستشفى، على غرار ملصقات EKG لمراقبة القلب، ويمكنها بشكل مستمر تصوير الأعضاء الداخلية دون الحاجة إلى فني لتثبيت المسبار في مكانه لفترات طويلة من الزمن.
إن جعل الأجهزة تعمل لاسلكيًا هو هدف يعمل الفريق حاليًا على تحقيقه. إذا نجحت، يمكن تحويل ملصقات الموجات فوق الصوتية إلى منتجات تصوير يمكن ارتداؤها يمكن للمرضى أخذها إلى المنزل من عيادة الطبيب أو حتى شراؤها من الصيدلية.
يقول كبير مؤلفي الدراسة، Xuanhe Zhao ، أستاذ الهندسة الميكانيكية والمدنية والهندسة البيئية في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
“نعتقد أننا افتتحنا حقبة جديدة من التصوير القابل للارتداء: مع وجود القليل من البقع على جسمك، يمكنك رؤية أعضائك الداخلية.”
تشمل الدراسة أيضًا المؤلفين الرئيسيين Chonghe Wang و Xiaoyu Chen والمؤلفين المشاركين Liu Wang و Mitsutoshi Makihata و Tao Zhao في MIT، جنبًا إلى جنب مع Hsiao-Chuan Liu من Mayo Clinic في روتشستر، مينيسوتا.
قضية شائكة
للتصوير بالموجات فوق الصوتية، يقوم الفني أولاً بوضع هلام سائل على جلد المريض، والذي يعمل على نقل الموجات فوق الصوتية.
ثم يُضغط مسبار، أو محول طاقة، على الهلام، ويرسل موجات صوتية إلى الجسم تردد صدى الهياكل الداخلية وتعود إلى المسبار، حيث تُترجم الإشارات الصادرة إلى صور مرئية.
بالنسبة للمرضى الذين يحتاجون لفترات طويلة من التصوير، تقدم بعض المستشفيات مجسات مثبتة على أذرع آلية يمكنها تثبيت محول الطاقة في مكانه دون تعب، ولكن السائل السائل يتدفق ويجف بمرور الوقت، مما يقطع التصوير طويل المدى.
في السنوات الأخيرة، اكتشف العلماء تصميمات لمجسات الموجات فوق الصوتية القابلة للتمدد والتي من شأنها أن توفر تصويرًا محمولًا وغير بارز للأعضاء الداخلية.
أعطت هذه التصميمات مجموعة مرنة من محولات طاقة الموجات فوق الصوتية الصغيرة، والفكرة هي أن مثل هذا الجهاز سوف يمتد ويتوافق مع جسم المريض.
لكن هذه التصميمات التجريبية أنتجت صورًا منخفضة الدقة، ويرجع ذلك جزئيًا إلى امتدادها: في التحرك مع الجسم، تقوم المحولات بتغيير الموقع بالنسبة لبعضها البعض، مما يؤدي إلى تشويه الصورة الناتجة.
“أداة التصوير بالموجات فوق الصوتية التي يمكن ارتداؤها سيكون لها إمكانات هائلة في مستقبل التشخيص السريري.
ومع ذلك، فإن الدقة ومدة التصوير لبقع الموجات فوق الصوتية الموجودة منخفضة نسبيًا، ولا يمكنها تصوير الأعضاء العميقة، “كما يقول تشونغ وانغ، وهو طالب دراسات عليا في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا.
نظرة من الداخل
من خلال إقران طبقة لاصقة قابلة للتمدد مع مجموعة صلبة من محولات الطاقة، ينتج ملصق الموجات فوق الصوتية الجديد لفريق MIT صورًا عالية الدقة على مدى فترة أطول.
“يتيح هذا المزيج للجهاز التوافق مع الجلد مع الحفاظ على الموقع النسبي للمحولات لتوليد صور أكثر وضوحًا ودقة.” يقول وانغ.
تتكون الطبقة اللاصقة للجهاز من طبقتين رفيعتين من المطاط الصناعي اللذان يغلفان طبقة وسطى من هيدروجيل صلب، وهي مادة أساسها الماء تنقل الموجات الصوتية بسهولة.
على عكس المواد الهلامية التقليدية التي تستخدم الموجات فوق الصوتية، فإن هيدروجيل فريق معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا مرن وقابل للتمدد.
يقول تشين، باحث ما بعد الدكتوراة في معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا: “يمنع المطاط الصناعي جفاف الهيدروجيل.
“فقط عندما يكون الهيدروجيل عالي الرطوبة يمكن أن تخترق الموجات الصوتية بشكل فعال وتعطي تصويرًا عالي الدقة للأعضاء الداخلية.”
تم تصميم الطبقة المطاطية السفلية لتلتصق بالجلد، بينما تلتصق الطبقة العليا بمجموعة صلبة من المحولات التي صممها الفريق أيضًا وصنعها.
يبلغ قياس ملصق الموجات فوق الصوتية بالكامل حوالي 2 سم مربع، وسمك 3 مم – حول مساحة طابع البريد.
أجرى الباحثون ملصق الموجات فوق الصوتية من خلال مجموعة من الاختبارات مع متطوعين أصحاء، ارتدوا الملصقات على أجزاء مختلفة من أجسادهم، بما في ذلك العنق والصدر والبطن والذراعين.
ظلت الملصقات ملتصقة بجلدها، وأنتجت صورًا واضحة للهياكل الأساسية لمدة تصل إلى 48 ساعة. خلال هذا الوقت، أجرى المتطوعون مجموعة متنوعة من الأنشطة في المختبر، من الجلوس والوقوف إلى الركض وركوب الدراجات ورفع الأثقال.
من صور الملصقات، كان الفريق قادرًا على ملاحظة القطر المتغير للأوعية الدموية الرئيسية عند الجلوس مقابل الوقوف.
التقطت الملصقات أيضًا تفاصيل الأعضاء الأعمق، مثل كيفية تغير شكل القلب أثناء ممارسة الرياضة.
تمكن الباحثون أيضًا من مشاهدة المعدة وهي تنتفخ، ثم تتقلص مرة أخرى عندما شرب المتطوعون ثم قاموا في وقت لاحق بإخراج العصير من نظامهم.
وبينما كان بعض المتطوعين يرفعون الأوزان، تمكن الفريق من اكتشاف الأنماط الساطعة في العضلات الأساسية، مما يشير إلى ضرر صغير مؤقت.
يقول تشين: “من خلال التصوير، قد نتمكن من التقاط اللحظة في التمرين قبل الإفراط في الاستخدام، والتوقف قبل أن تتألم العضلات”.
“لا نعرف متى قد تكون تلك اللحظة بعد، ولكن الآن يمكننا توفير بيانات التصوير التي يمكن للخبراء تفسيرها.”
يعمل الفريق الهندسي على جعل الملصقات تعمل لاسلكيًا. كما أنهم يطورون خوارزميات برمجية تعتمد على الذكاء الاصطناعي يمكنها تفسير وتشخيص صور الملصقات بشكل أفضل.
بعد ذلك، يتصور تشاو أن ملصقات الموجات فوق الصوتية يمكن تعبئتها وشرائها من قبل المرضى والمستهلكين، واستخدامها ليس فقط لمراقبة الأعضاء الداخلية المختلفة، ولكن أيضًا لتطور الأورام، وكذلك نمو الأجنة في الرحم.
المصدر: scitechdaily
قد يهمك:
