Nositeľný ultrazvuk môže priniesť revolúciu monitorovania v pohybe
- Autor:
- Roman Mališka
- Zverejnené:
- 25. 5. 2023
- Hodnotenie:
- Už ste hlasovali.
Nositeľné technológie sa rýchlo rozvíjajú aj v oblasti medicíny a inžinieri z Kalifornskej univerzity v San Diegu teraz pokračujú v tomto trende a vyvinuli bezdrôtový ultrazvukový systém na náplasti, ktorý dokáže nepretržite monitorovať životné funkcie v reálnom čase, aj keď sa človek pohybuje.
Ultrazvuk využíva vysokofrekvenčné zvukové vlny na vytvorenie obrazu vnútorných telesných štruktúr, ako sú brušné orgány, svaly a šľachy alebo srdce a cievy. V porovnaní s inými lekárskymi zobrazovacími metódami, ako je magnetická rezonancia (MRI) a počítačová tomografia (CT), je bezpečnejší, lacnejší a univerzálnejší.
Existujú však obmedzenia, pre ktoré je ultrazvuk nepraktický. Sondy používané na získavanie snímok sú často objemné a pripojené k veľkým zariadeniam. Musia sa umiestniť ručne a manévrovať do správnej polohy, čo si vyžaduje, aby bol človek nehybný. Na interpretáciu ultrazvukových snímok sú potrební špecializovaní zdravotnícki pracovníci. To všetko môže byť čoskoro minulosťou vďaka vývoju bezdrôtového ultrazvuku na náplasti.
Plne integrovaný nositeľný ultrazvukový systém vyvinutý inžiniermi z Kalifornskej univerzity v San Diegu je určený na monitorovanie hlbokých tkanív. A nepripútava človeka k objemnému zariadeniu.
„Tento projekt prináša kompletné riešenie nositeľnej ultrazvukovej technológie. Nielen nositeľný senzor, ale aj riadiaca elektronika sú vyrobené v nositeľných tvaroch,“ povedal Muyang Lin, spoluautor štúdie. „Vytvorili sme skutočne nositeľné zariadenie, ktoré dokáže bezdrôtovo snímať životné funkcie v hlbokých tkanivách“.
Ultrazvukový systém na náplasti vylepšuje predchádzajúci ultrazvukový senzor tímu, ktorý vyžadoval káble na napájanie a umožnenie prenosu údajov. Nový systém obsahuje miniatúrny, flexibilný riadiaci obvod, ktorý spolupracuje so sústavou ultrazvukových snímačov, ktoré bezdrôtovo zbierajú a prenášajú údaje do aplikácie v smartfóne. Obvod je napájaný komerčnou lítiovo-polymérovou batériou.
Inžinieri pri testovaní zariadenia zistili, že dokáže nepretržite snímať údaje z tkaniva do hĺbky 164 milimetrov až 12 hodín. To znamená, že dokáže monitorovať dôležité veci, ako je krvný tlak, srdcová frekvencia a srdcový výdaj.
„Táto technológia má veľký potenciál na záchranu a zlepšenie životov,“ povedal Lin. „Senzor dokáže vyhodnocovať kardiovaskulárne funkcie v pohybe. Abnormálne hodnoty krvného tlaku a srdcového výdaja v pokoji alebo počas cvičenia sú charakteristickými znakmi srdcového zlyhania. V prípade zdravej populácie môže naše zariadenie merať kardiovaskulárnu odozvu na cvičenie v reálnom čase a poskytnúť tak prehľad o skutočnej intenzite tréningu, ktorú každý človek vynakladá, čo môže byť vodítkom pri zostavovaní individuálnych tréningových plánov“.
Algoritmus strojového učenia je kľúčom k schopnosti ultrazvukového systému na náplasti autonómne a nepretržite monitorovať pohyblivý cieľ. Za normálnych okolností je potrebné snímač pri pohybe manuálne nastaviť, aby sa zabezpečilo monitorovanie cieľového tkaniva. V tomto prípade inžinieri upravili algoritmus tak, aby automaticky analyzoval prichádzajúce signály a vybral najvhodnejší kanál na sledovanie cieľového tkaniva. Inžinieri tvrdia, že podľa ich vedomostí ide o prvé nositeľné zariadenie, ktoré autonómne sleduje pohybujúci sa cieľ.
Okrem toho pokročilý adaptačný algoritmus znamená, že technológia sa dá vycvičiť na jednej osobe a preniesť na inú, alebo na mnoho ďalších, s minimálnou potrebou opätovného školenia. To zaručuje, že zozbierané údaje sú konzistentné a spoľahlivé.
„Zovšeobecnenie modelu strojového učenia sme nakoniec dosiahli použitím pokročilého adaptačného algoritmu,“ povedal Ziyang Zhang, spoluautor štúdie. „Tento algoritmus dokáže automaticky minimalizovať rozdiely v rozdelení domén medzi rôznymi subjektmi, čo znamená, že strojová inteligencia sa môže prenášať zo subjektu na subjekt. Algoritmus môžeme trénovať na jednom subjekte a aplikovať ho na mnoho ďalších nových subjektov s minimálnym preškolením“.
V budúcnosti tím plánuje otestovať svoje zariadenie na veľkých populáciách.
„Zatiaľ sme výkonnosť zariadenia overili len na malej, ale rôznorodej populácii,“ povedal Xiaoxiang Gao, spoluautor prvej štúdie. „Keďže si toto zariadenie predstavujeme ako ďalšiu generáciu zariadení na monitorovanie hlbokých tkanív, naším ďalším krokom sú klinické skúšky“.
Štúdia bola nedávno uverejnená v magazíne Nature Biotechnology.
