Naklejki wielkości znaczka zastąpią USG. Kupisz je w aptece i połączysz z telefonem

Kiedy opracowano badanie rentgenowskie oraz - później - ultrasonograficzne, otworzyły się zupełnie nowe możliwości w medycynie. Obie metody pozwalają medykom na zajrzenie w głąb ludzkiego ciała. Choć medycyna przez dziesiątki lat poszła do przodu, nie zmieniła się jedna kwestia: zarówno badanie rentgenowskie jak i badanie USG wymagają specjalistycznej, ciężkiej aparatury. A ta z kolei wymaga odpowiednio przeszkolonego personelu do obsługi urządzeń, spełnienia szeregu norm, przebywania w placówce medycznej, jak i współpracy ze strony pacjenta.

Uczeni z Massachusetts Institute of Technology chcą przeskoczyć tą istniejącą od dekad barierę za pomocą naklejek. A właściwie naklejki ultradźwiękowej - urządzenia wielkości znaczka pocztowego, które wystarczy przykleić do skóry, by otrzymać obraz narządów wewnętrznych czy naczyń krwionośnych. Projekt rewolucyjnej naklejki uczeni opublikowali na łamach czasopisma Science.

Aby zademonstrować skuteczność naklejek, badacze przykleili je na skórze kilku ochotników. Obraz przekazywany przez niewielkie urządzenia był generowany stale przez 48 godzin, dając naukowcom wysokiej jakości podgląd na to co dzieje się zarówno w naczyniach krwionośnych jak i organach pacjentów - w tym sercu, płucach czy żołądku.

Co więcej, naklejki nie odklejały się od skóry nawet przy wykonywaniu różnych czynności: począwszy od chodzenia, a skończywszy na joggingu czy jeżdżeniu rowerem.

Naklejki same w sobie całkowicie nie są w stanie zastąpić aparatury medycznej. Jak podkreślają naukowcy z MIT, nadal potrzebują komunikacji z urządzeniem, które będzie konwertować otrzymane sygnały ultradźwiękowe na obraz.

Ich zdaniem, pomimo eksperymentalnego charakteru projektu, naklejki można by wdrożyć do praktycznego zastosowania w obrazowaniu już teraz. Co prawda nie jako dostępne w aptece zestawy do USG-zrób-to-sam, lecz w szpitalach na podobnej zasadzie co elektrody EKG przyczepiane do ciała. Ultradźwiękowe naklejki pozwalałyby na ciągłe obrazowanie narządów pacjenta bez potrzeby nadzoru ze strony technika.

Jednocześnie, jak mówi Xuanhe Zhao - jeden z autorów badania - obecnie głównym celem inżynierów MIT jest opracowanie naklejek, które są w stanie komunikować się bezprzewodowo na większe odległości. A to z kolei umożliwiłoby sprzedaż plastrów ultradźwiękowych i tym samym diagnostykę domową.

Aby uzyskać obraz za pomocą ultradźwięków, technik najpierw nakłada na skórę pacjenta płynny żel, który przenosi fale ultradźwiękowe. Następnie do żelu przykłada się sondę lub przetwornik, który wysyła fale dźwiękowe w głąb ciała, a te odbijają się od struktur wewnętrznych i wracają do sondy, gdzie są przekształcane w obrazy.

W przypadku pacjentów, którzy wymagają długotrwałego obrazowania, niektóre szpitale oferują sondy przymocowane do zrobotyzowanych ramion, które mogą utrzymać przetwornik w miejscu bez zmęczenia pacjenta oraz technika. Lecz płynny żel ultrasonograficzny z czasem spływa i wysycha, przerywając długotrwałe obrazowanie.

W ostatnich latach naukowcy badali projekty rozciągliwych sond ultradźwiękowych, które zapewniałyby przenośne, niskoprofilowe obrazowanie narządów wewnętrznych. W projektach tych zastosowano elastyczne układy maleńkich przetworników ultradźwiękowych, dzięki czemu takie urządzenie - hipotetycznie - mogłoby się rozciągać i dopasowywać do ciała pacjenta.

Jednak te eksperymentalne projekty w większości przypadków dawały wizualizację o niskiej rozdzielczości, częściowo z powodu ich rozciągliwości: W ruchu z ciałem, przetworniki zmieniają lokalizację względem siebie, zniekształcając obraz.

Uczeni z MIT w ultradźwiękowych naklejkach upatrują alternatywę dla obecnie istniejących projektów. Bo choć dla wysokiej jakości, precyzyjnego obrazowania, wymagana jest więcej niż jedna naklejka, to są one w stanie lepiej przyczepić się do skóry niż rozciągliwe sondy. Naklejki opracowane przez inżynierów z MIT łączą w sobie rozciągliwą warstwę klęjącą oraz sztywny układ przetworników.

Powłoka klejąca urządzenia wykonana jest z dwóch cienkich warstw elastomeru, które zamykają środkową warstwę stałego hydrożelu, materiału w większości opartego na wodzie, który łatwo przepuszcza fale dźwiękowe.

W przeciwieństwie do tradycyjnych żeli ultradźwiękowych, hydrożel zespołu MIT jest elastyczny i rozciągliwy. Elastomer zapobiega odwodnieniu hydrożelu, gdyż - jak mówią uczeni - tylko wtedy, gdy jest silnie uwodniony, fale akustyczne mogą skutecznie przenikać i dawać obrazowanie narządów wewnętrznych w wysokiej rozdzielczości.

Dolna warstwa elastomeru została zaprojektowana tak, aby przylegać do skóry, podczas gdy górna warstwa przylega do sztywnej sieci przetworników zaprojektowanych przez inżynierów specjalnie na potrzeby projektu. Dzięki skrupulatnej pracy, naklejki rozmiarami "przypominają znaczki pocztowe", a ich grubość nie przekracza trzech milimetrów.

Badacze przeprowadzili testy naklejek ultradźwiękowych na zdrowych ochotnikach, którzy nosili naklejki na różnych częściach ciała, w tym na szyi, klatce piersiowej, brzuchu i ramionach. Naklejki, pomimo ruchów ciała i wytwarzanego przez nie potu pozostały przymocowane do skóry ochotników.

Jednocześnie stale przesyłały one wysokiej jakości sygnały, które po konwersji dawały wyraźne obrazy struktur leżących pod skórą przez okres do 48 godzin. W czasie trwania eksperymentu ochotnicy wykonywali w laboratorium różne czynności, od siedzenia i stania, po jogging, jazdę na rowerze i podnoszenie ciężarów.

Na podstawie obrazów generowanych przez naklejki, zespół badaczy był w stanie zaobserwować zmieniającą się średnicę głównych naczyń krwionośnych w pozycji siedzącej i stojącej. Naklejki uchwyciły również szczegóły dotyczące głębszych organów, na przykład to, jak serce zmienia kształt w miarę wysiłku podczas ćwiczeń lub jak żołądek rozszerza się, a następnie kurczy, gdy ochotnicy pili. Natomiast gdy niektórzy ochotnicy podnosili ciężary, zespół mógł wykryć jasne wzory w leżących pod nimi mięśniach, sygnalizując tymczasowe mikrouszkodzenia.

Zespół pracuje nad tym, aby naklejki działały bezprzewodowo. Jednocześnie inżynierowie MIT pracują również nad oprogramowaniem opartym na sztucznej inteligencji, które pozwoli na lepszą interpretację danych przesyłanych przez naklejki. Następnie, Xuanhe Zhao przewiduje, że naklejki ultradźwiękowe mogłyby być pakowane i kupowane przez pacjentów i konsumentów - zupełnie jak inne produkty w aptece i używane nie tylko do monitorowania różnych organów wewnętrznych, ale także w obserwacji guzów czy rozwoju płodów w łonie matki.