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 Οικογενειακό Τμήμα Χημικής και Νανομηχανικής Aiiso Yufeng Li 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. 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 ο συν-πρώτος συγγραφέας της μελέτης Sai Zhou, Ph.D.
«Συνήθως, 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».
Το έμπλαστρο, περίπου στο μέγεθος ενός γραμματοσήμου, είναι κατασκευασμένο από ένα ελαστομερές σιλικόνης ενσωματωμένο με πολλά στρώματα ελαστικών ηλεκτρονικών. Το ένα στρώμα αποτελείται από μια σειρά μικρών μετατροπέων, 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 που βελτιώνει την ποιότητα του σήματος ελαχιστοποιώντας τις παρεμβολές από το σώμα και το περιβάλλον του χρήστη.
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 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.