Носимый ультразвуковой пластырь позволяет осуществлять непрерывный неинвазивный мониторинг мозгового кровотока.

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали носимый ультразвуковой пластырь, который может обеспечить непрерывный неинвазивный мониторинг кровотока в мозге. Мягкий и эластичный пластырь можно удобно носить на виске, чтобы получать трехмерные данные о мозговом кровотоке — первая в портативной технологии.

Команда исследователей под руководством Шэн Сюй, профессора кафедры химической и наноинженерии семьи Айсо Юфэн Ли Инженерной школы Джейкобса Калифорнийского университета в Сан-Диего, опубликовала свою новую технологию в Природа.

Носимый ультразвуковой пластырь знаменует собой значительный шаг вперед по сравнению с нынешним клиническим стандартом, называемым транскраниальным допплеровским ультразвуком. Этот метод требует, чтобы обученный техник подносил ультразвуковой датчик к голове пациента. Однако у этого процесса есть свои недостатки. Это зависит от оператора, поэтому точность измерения может варьироваться в зависимости от навыков оператора. Это также непрактично для длительного использования.

Команда Сюй разработала устройство, которое преодолевает эти препятствия. Их носимый ультразвуковой пластырь представляет собой надежное и удобное решение без помощи рук, которое можно носить постоянно во время пребывания пациента в больнице.

«Возможность непрерывного мониторинга пластыря устраняет критический пробел в современной клинической практике», — сказал соавтор исследования Сай Чжоу, доктор философии в области материаловедения и инженерии. кандидат в лаборатории Сюй. «Обычно мозговой кровоток контролируется в определенное время каждый день, и эти измерения не обязательно отражают то, что может произойти в течение остальной части дня. Между измерениями могут быть необнаруженные колебания. Если у пациента вот-вот начнется инсульт посреди ночи это устройство может предоставить информацию, которая имеет решающее значение для своевременного вмешательства».

Пациенты, перенесшие операцию на головном мозге и выздоравливающие от нее, также могут получить пользу от этой технологии, отметил Геонхо Парк, еще один соавтор этого исследования, доктор философии в области химии и наноинженерии. студент в лаборатории Сюй.

Нашивка размером примерно с почтовую марку изготовлена ​​из силиконового эластомера с несколькими слоями эластичной электроники. Один слой состоит из множества небольших пьезоэлектрических преобразователей, которые при электрической стимуляции генерируют ультразвуковые волны и принимают ультразвуковые волны, отраженные от мозга. Еще одним ключевым компонентом является слой медной сетки, изготовленный из пружинных проводов, который улучшает качество сигнала за счет минимизации помех со стороны тела пользователя и окружающей среды. Остальные слои состоят из растягивающихся электродов.

Во время использования патч подключается через кабели к источнику питания и компьютеру. Чтобы добиться 3D-мониторинга, исследователи интегрировали в систему сверхбыструю ультразвуковую визуализацию. В отличие от стандартного ультразвука, который захватывает около 30 изображений в секунду, сверхбыстрая визуализация захватывает тысячи изображений в секунду. Такая высокая частота кадров необходима для сбора надежных данных с пьезоэлектрических преобразователей в патче, которые в противном случае пострадали бы от низкой интенсивности сигнала из-за сильного отражения черепа.

Затем данные подвергаются постобработке с использованием специальных алгоритмов для восстановления трехмерной информации, такой как размер, угол и положение основных артерий мозга.

«Сосудистая система головного мозга представляет собой сложную структуру с множеством разветвленных сосудов. Вам нужно устройство, способное захватывать эту трехмерную информацию, чтобы получить полную картину и получить более точные измерения», — сказал Синьи Ян, еще один соавтор этого исследования и материаловедение и инженерия, к.т.н. студент в лаборатории Сюй.

В этом исследовании пластырь был протестирован на 36 здоровых добровольцах на предмет его способности измерять скорости кровотока — пиковую систолическую, среднюю скорость кровотока и конечную диастолическую скорость — в основных артериях головного мозга. Участники выполняли действия, влияющие на кровоток, такие как захват рук, задержка дыхания и чтение. Измерения пластыря близко соответствовали измерениям, полученным с помощью обычного ультразвукового датчика.

Далее исследователи планируют сотрудничать с клиницистами Медицинской школы Калифорнийского университета в Сан-Диего, чтобы протестировать пластырь на пациентах с неврологическими заболеваниями, влияющими на мозговой кровоток. Сюй стал соучредителем стартапа Softsonics для коммерциализации этой технологии.