В Сан-Диего разработали носимый ультразвуковой пластырь

Инженеры Калифорнийского университета в Сан-Диего разработали носимый ультразвуковой пластырь, который может обеспечивать непрерывный, неинвазивный мониторинг кровотока в головном мозге. Мягкий и эластичный пластырь, который удобно надевать на висок, обеспечивает получение трехмерных данных о мозговом кровотоке - это первая носимая технология.

Команда исследователей под руководством Шэн Сюй, профессора кафедры химической и наноинженерии семейства Aiiso Yufeng Li в инженерной школе Калифорнийского университета в Сан-Диего Джейкобса, опубликовала свою новую технологию 22 мая в Nature.

Носимый ультразвуковой пластырь знаменует собой значительный скачок по сравнению с текущим клиническим стандартом, называемым транскраниальной допплерографией. Для этого метода требуется, чтобы обученный специалист подносил ультразвуковой датчик к голове пациента. Однако у этого процесса есть свои недостатки. Он зависит от оператора, поэтому точность измерения может варьироваться в зависимости от квалификации оператора. Он также непрактичен для длительного использования.

Команда Сюй разработала устройство, которое преодолевает эти препятствия. Их носимый ультразвуковой пластырь предлагает удобное решение, которое можно носить без помощи рук 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 в лаборатории Сюя. "Обычно мозговой кровоток контролируется в определенное время каждый день, и эти измерения не обязательно отражают то, что может происходить в течение остальной части дня. Между измерениями могут быть необнаруженные колебания. Если у пациента посреди ночи может начаться инсульт, это устройство может предоставить информацию, которая имеет решающее значение для своевременного вмешательства."

Пациенты, перенесшие операцию на головном мозге и восстанавливающиеся после нее, также могут извлечь выгоду из этой технологии, отметил Джонхо Парк, другой соавтор этого исследования, аспирант кафедры химии и наноинженерии в лаборатории Сюя.

Пластырь размером примерно с почтовую марку изготовлен из силиконового эластомера, в который встроено несколько слоев эластичной электроники. Один слой состоит из массива небольших пьезоэлектрических преобразователей, которые генерируют ультразвуковые волны при электрической стимуляции и принимают ультразвуковые волны, отраженные от мозга. Другим ключевым компонентом является медный сетчатый слой, изготовленный из проволочек в форме пружин, который улучшает качество сигнала за счет минимизации помех от тела пользователя и окружающей среды. Остальные слои состоят из растягивающихся электродов.

Во время использования пластырь подключается с помощью кабелей к источнику питания и компьютеру. Для достижения 3D-мониторинга исследователи интегрировали в систему сверхбыстрое ультразвуковое изображение. В отличие от стандартного ультразвука, которое делает около 30 снимков в секунду, сверхбыстрое сканирование позволяет получать тысячи изображений в секунду. Такая высокая частота кадров необходима для сбора достоверных данных от пьезоэлектрических преобразователей в пластыре, которые в противном случае страдали бы от низкой интенсивности сигнала из-за сильного отражения от черепа.

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

"Сосудистая сеть головного мозга представляет собой сложную структуру с множеством разветвляющихся сосудов. Вам нужно устройство, способное фиксировать эту трехмерную информацию, чтобы получить полную картину и получить более точные измерения ", - сказал Синьи Ян, другой соавтор этого исследования и аспирант кафедры материаловедения и инженерии в лаборатории Сюя.

В этом исследовании пластырь был протестирован на 36 здоровых добровольцах на предмет его способности измерять скорости кровотока - максимальную систолическую, среднюю и конечную диастолическую скорости - в основных артериях мозга. Участники занимались действиями, влияющими на кровоток, такими как хватание за руки, задержка дыхания и чтение. Измерения пластыря точно соответствовали измерениям, полученным с помощью обычного ультразвукового датчика.

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