Μηχανικοί στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια στο Σαν Ντιέγκο ανέπτυξαν ένα φορητό έμπλαστρο υπερήχων που μπορεί να προσφέρει συνεχή, μη επεμβατική παρακολούθηση της ροής του αίματος στον εγκέφαλο. Το μαλακό και ελαστικό έμπλαστρο μπορεί να φορεθεί άνετα στον κρόταφο για να παρέχει τρισδιάστατα δεδομένα σχετικά με την εγκεφαλική ροή αίματος.
Η ομάδα των ερευνητών, με επικεφαλής τον Sheng Xu, καθηγητή στο UC San Diego Jacobs School of Engineering, δημοσίευσε τη νέα τεχνολογία τους στο Nature.
Το φορητό έμπλαστρο υπερήχων σηματοδοτεί ένα σημαντικό άλμα από το τρέχον κλινικό πρότυπο, που ονομάζεται διακρανιακός υπέρηχος Doppler. Αυτή η μέθοδος απαιτεί έναν εκπαιδευμένο τεχνικό να κρατά έναν καθετήρα υπερήχων στο κεφάλι ενός ασθενούς. Η διαδικασία έχει όμως τα αρνητικά της. Επί της ουσίας η διαδικασία εξαρτάται από τον χειριστή, επομένως η ακρίβεια της μέτρησης μπορεί να ποικίλλει ανάλογα με την ικανότητα του χειριστή. Δεν είναι επίσης πρακτικό για μακροχρόνια χρήση.
Η ομάδα του Xu ανέπτυξε μια συσκευή που ξεπερνά αυτά τα εμπόδια. Το φορητό έμπλαστρο υπερήχων τους προσφέρει μια hands-free, σταθερή και άνετη λύση που μπορεί να φορεθεί συνεχώς κατά τη διάρκεια της παραμονής του ασθενούς στο νοσοκομείο.
«Η δυνατότητα συνεχούς παρακολούθησης του επιθέματος αντιμετωπίζει ένα κρίσιμο κενό στις τρέχουσες κλινικές πρακτικές», δήλωσε ένας από τους ερευνητές της μελέτης ο Sai Zhou. «Τυπικά, η εγκεφαλική ροή αίματος παρακολουθείται σε συγκεκριμένες ώρες κάθε μέρα και αυτές οι μετρήσεις δεν αντικατοπτρίζουν απαραίτητα τι μπορεί να συμβεί κατά τη διάρκεια της υπόλοιπης ημέρας. Μπορεί να υπάρχουν μη ανιχνεύσιμες διακυμάνσεις μεταξύ των μετρήσεων. Εάν ένας ασθενής πρόκειται να παρουσιάσει εγκεφαλικό επεισόδιο στη μέση της νύχτας, αυτή η συσκευή θα μπορούσε να προσφέρει πληροφορίες που είναι κρίσιμες για την έγκαιρη παρέμβαση».
Οι ασθενείς που υποβάλλονται και αναρρώνουν από χειρουργική επέμβαση στον εγκέφαλο μπορούν επίσης να επωφεληθούν από αυτή την τεχνολογία, σημείωσε ο Geonho Park, ένας άλλος ερευνητής αυτής της μελέτης.
Το έμπλαστρο, που έχει περίπου στο μέγεθος ενός γραμματοσήμου, είναι κατασκευασμένο από ελαστομερές σιλικόνης και ενσωματωμένο με πολλά στρώματα ελαστικών ηλεκτρονικών. Το ένα στρώμα αποτελείται από μια σειρά μικρών πιεζοηλεκτρικών μετατροπέων (αγγλικά: piezoelectric transducers), οι οποίοι παράγουν υπερηχητικά κύματα όταν διεγείρονται ηλεκτρικά και λαμβάνουν υπερηχητικά κύματα που ανακλώνται από τον εγκέφαλο. Ένα άλλο βασικό συστατικό είναι ένα στρώμα χάλκινου πλέγματος — κατασκευασμένο από σύρματα σε σχήμα ελατηρίου — που βελτιώνει την ποιότητα του σήματος ελαχιστοποιώντας τις παρεμβολές από το σώμα και το περιβάλλον του χρήστη. Τα υπόλοιπα στρώματα αποτελούνται από ηλεκτρόδια.
Κατά τη χρήση, το έμπλαστρο συνδέεται μέσω καλωδίων σε πηγή τροφοδοσίας και υπολογιστή. Για να επιτύχουν τρισδιάστατη παρακολούθηση, οι ερευνητές ενσωμάτωσαν στο σύστημα υπερταχεία απεικόνιση υπερήχων. Σε αντίθεση με τον τυπικό υπέρηχο, ο οποίος καταγράφει περίπου 30 εικόνες ανά δευτερόλεπτο, η υπερταχεία απεικόνιση καταγράφει χιλιάδες εικόνες ανά δευτερόλεπτο. Αυτός ο υψηλός ρυθμός καρέ είναι απαραίτητος για τη συλλογή ισχυρών δεδομένων από τους πιεζοηλεκτρικούς μετατροπείς στο έμπλαστρο, οι οποίοι διαφορετικά θα υπέφεραν από χαμηλή ένταση σήματος λόγω της ισχυρής ανάκλασης του κρανίου.
Στη συνέχεια, τα δεδομένα υποβάλλονται σε μεταγενέστερη επεξεργασία χρησιμοποιώντας προσαρμοσμένους αλγόριθμους για την ανακατασκευή τρισδιάστατων πληροφοριών όπως το μέγεθος, η γωνία και η θέση των κύριων αρτηριών του εγκεφάλου.
«Το εγκεφαλικό αγγείο είναι μια πολύπλοκη δομή με πολλαπλά διακλαδιζόμενα αγγεία. Χρειάζεστε μια συσκευή ικανή να συλλαμβάνει αυτές τις τρισδιάστατες πληροφορίες για να λάβετε ολόκληρη την εικόνα και να λάβετε πιο ακριβείς μετρήσεις». δήλωσε ο Xinyi Yang, ένας ακόμη ερευνητής αυτής της μελέτης.
Σε αυτή τη μελέτη, το έμπλαστρο δοκιμάστηκε σε 36 υγιείς εθελοντές προκειμένου να μετρηθεί η ικανότητα της ταχύτητας ροής του αίματος — οι μέγιστες συστολικές,η μέση ροή και οι τελικές διαστολικές ταχύτητες—στις κύριες αρτηρίες του εγκεφάλου. Οι συμμετέχοντες συμμετείχαν σε δραστηριότητες που επηρεάζουν τη ροή του αίματος, όπως το πιάσιμο των χεριών, το κράτημα της αναπνοής και το διάβασμα. Οι μετρήσεις του επιθέματος ταίριαζαν αρκετά με αυτές που ελήφθησαν με έναν συμβατικό καθετήρα υπερήχων .
Στη συνέχεια, οι ερευνητές σχεδιάζουν να συνεργαστούν με κλινικούς γιατρούς της Ιατρικής Σχολής του UC San Diego για να δοκιμάσουν το έμπλαστρο σε ασθενείς με νευρολογικές παθήσεις που επηρεάζουν την εγκεφαλική ροή αίματος. Ο Xu συνίδρυσε μια startup εταιρεία που ονομάζεται Softsonics για την εμπορευματοποίηση αυτής της τεχνολογίας.
