این برچسب سونوگرافی تشخیص زودهنگام بیماری‌ها را متحول می‌کند

برچسب سونوگرافی توسعه یافته در MIT امکان نظارت مداوم بر سفتی اندام‌ها را فراهم می‌کند و در تشخیص زودهنگام بیماری‌هایی مانند نارسایی کبد و کلیه انقلابی ایجاد کرده است.

به گزارش تکناک، به‌تازگی مهندسان MIT یک برچسب سونوگرافی کوچک ساخته‌اند که می‌تواند سفتی اندام‌های عمیق داخل بدن را کنترل کند. این برچسب تقریباً به اندازه یک تمبر پستی است که روی پوست گذاشته می‌شود و برای تشخیص علائم بیماری‌هایی مانند نارسایی کبد و کلیه و پیشرفت تومورهای جامد طراحی شده است.

در یک مطالعه با دسترسی آزاد که اخیراً در مجله Science Advances منتشر شده است، محققان گزارش می‌دهند که این حسگر می‌تواند امواج صوتی را از طریق پوست و بدن یعنی جایی که امواج از اندام‌های داخلی منعکس شده و به برچسب برمی‌گردند،‌ ارسال کند. الگوی امواج منعکس شده را می‌توان به عنوان نشانه‌ای از سفتی اندام خواند که برچسب می‌تواند آن را اندازه‌گیری و ردیابی کند.

پیشرفت در نظارت اعضای بدن

ژوانه ژائو، نویسنده ارشد این مقاله می‌گوید: وقتی برخی از اندام‌ها دچار بیماری می‌شوند، ممکن است در طول زمان سفت شوند. با این برچسب پوشیدنی، می‌توانیم به‌طور مداوم تغییرات را در دوره‌های زمانی طولانی نظارت کنیم که این کار برای تشخیص زودهنگام نارسایی اندام داخلی بسیار مهم است.

این گروه تحقیقاتی نشان داده است که این برچسب می‌تواند به‌طور مداوم مشکلات اندام‌ها را طی 48 ساعت کنترل کند و تغییرات ظریفی که می‌تواند نشان‌دهنده پیشرفت بیماری باشد را تشخیص دهد. در آزمایش‌های اولیه، محققان به این نتیجه رسیدند که این حسگر چسبنده می‌تواند علائم اولیه نارسایی حاد کبد را در موش‌ها تشخیص دهد.

مهندسان در حال کار برای تطبیق این طرح برای استفاده در انسان‌ها هستند. آنها تصور می‌کنند که این برچسب می‌تواند در بخش مراقبت‌های ویژه (ICU) استفاده شود؛ جایی که می‌توانند به‌طور مداوم بیمارانی که در حال بهبودی پس از پیوند عضو هستند را تحت نظر بگیرند.

چوآن لیو، نویسنده اصلی این مقاله می‌گوید: ما تصور می‌کنیم که درست پس از پیوند کبد یا کلیه، می‌توانیم این برچسب را به بیمار بچسبانیم و مشاهده کنیم که چگونه اندام او در طول روز تغییر می‌کند. اگر تشخیص زودهنگام نارسایی حاد کبدی وجود داشته باشد، پزشکان می‌توانند به جای اینکه منتظر بمانند تا زمانی که وضعیت شدید شود، فوراً وارد عمل شوند.

سونوگرافی الاستوگرافی و محدودیت‌های آن

مانند ماهیچه‌های ما، بافت‌ها و اندام‌های بدن ما با افزایش سن، سفت می‌شوند. در برخی بیماری‌ها، سفت شدن اندام‌ها ممکن است بارزتر شود و نشانه‌ای از کاهش شدید سلامتی باشد. پزشکان در حال حاضر روش‌هایی برای اندازه‌گیری سفتی اندام‌هایی مانند کلیه‌ها و کبد با استفاده از الاستوگرافی اولتراسوند دارند که تکنیکی شبیه به تصویربرداری سونوگرافی است که در آن یک تکنسین یک کاوشگر دستی را روی پوست حرکت می‌دهد. این کاوشگر، امواج صوتی را در بدن می‌فرستد که باعث می‌شود اندام‌های داخلی کمی ارتعاش کنند و در مقابل امواجی را به بیرون بفرستند. کاوشگر ارتعاشات ناشی از اندام را حس می‌کند و الگوی ارتعاشات را می‌توان به میزان لرزان یا سفت بودن اندام تبدیل کرد.

الاستوگرافی اولتراسوند معمولاً در ICU برای نظارت بر بیمارانی که اخیراً تحت پیوند عضو قرار گرفته‌اند، استفاده می‌شود. تکنسین‌ها به‌طور دوره‌ای بیمار را در مدت کوتاهی پس از جراحی معاینه می‌کنند تا به سرعت اندام جدید را بررسی کنند و به دنبال علائم سفت شدن و نارسایی حاد یا رد پیوند شوند.

قیفا ژو، یکی دیگر از نویسندگان ارشد این مطالعه می‌گوید: پس از پیوند اعضا، 72 ساعت اول در ICU بسیار مهم است. با سونوگرافی سنتی، باید یک کاوشگر را روی بدن نگه دارید اما نمی‌توانید این کار را به‌طور مداوم در دراز مدت انجام دهید. پزشکان ممکن است یک لحظه حیاتی را از دست بدهند و خیلی دیر متوجه شوند که اندام در حال از کار افتادن است.

محققان متوجه شدند که ممکن است بتوانند جایگزینی مداوم و پوشیدنی برای سونوگرافی سنتی ارائه کنند. محلول آنها بر روی برچسب اولتراسوندی که قبلا برای تصویربرداری از بافت‌ها و اندام‌های عمقی ساخته بودند، گسترش می‌یابد.

ژائو توضیح می‌دهد: برچسب تصویربرداری ما امواج طولی را دریافت می‌کرد، در حالی که این بار می‌خواستیم امواج برشی را انتخاب کنیم که صلبیت اندام را نشان می‌دهد.

کاوشگرهای الاستروگرافی اولتراسوند موجود، امواج برشی یا ارتعاش اندام را در پاسخ به تکانه‌های صوتی اندازه‌گیری می‌کنند. هر چه موج برشی در اندام سریعتر حرکت کند، اندام سفت‌تر تفسیر می‌شود.

نوآوری در فناوری سونوگرافی

محققان به‌دنبال کوچک کردن الاستوگرافی اولتراسوند برای قرار دادن بر روی یک برچسب به اندازه تمبر بود. آنها همچنین قصد داشتند همان حساسیت کاوشگرهای دستی را حفظ کنند که معمولاً حدود 128 مبدل پیزوالکتریک را در خود جای می‌دهند که هر یک از آنها یک میدان الکتریکی ورودی را به امواج صوتی خروجی تبدیل می‌کنند.

ژو می‌گوید: ما از تکنیک‌های ساخت پیشرفته برای برش مبدل‌های کوچک از مواد پیزوالکتریک با کیفیت بالا استفاده کردیم که به ما امکان طراحی برچسب‌های سونوگرافی مینیاتوری را می‌داد.

محققان به‌طور دقیق 128 مبدل مینیاتوری ساختند که آنها را روی یک تراشه 25 میلی متری مربع قرار دادند. آنها سطح زیرین تراشه را با یک چسب ساخته شده از هیدروژل که یک ماده چسبنده و کشدار است که مخلوطی از آب و پلیمر می‌باشد، پوشانده‌اند که به امواج صوتی اجازه می‌دهد تقریباً بدون اتلاف به داخل و خارج دستگاه حرکت کنند.

در آزمایش‌های اولیه، محققان این برچسب حساس به سفتی را روی موش‌ها آزمایش کردند. آنها کشف کردند که این برچسب‌ها قادر به اندازه‌گیری مداوم سفتی کبد در طول 48 ساعت هستند. از داده‌های جمع‌آوری‌شده حاصل از برچسب برچسب، محققان علائم واضح و اولیه نارسایی حاد کبد را مشاهده کردند که بعداً با نمونه‌های بافتی آن را تأیید کردند.

لیو می‌گوید: هنگامی که کبد دچار نارسایی شود، سفتی اندام چندین برابر افزایش می‌یابد.

ژائو می افزاید: کبد سالم را مانند یک تخم مرغ آب پز در نظر بگیرید و کبد وقتی بیمار می‌شود به چیزی شبیه تخم مرغ آب پز سفت‌شده تبدیل می‌شود. این برچسب می‌تواند این تفاوت‌ها را در اعماق بدن تشخیص دهد و زمانی که نارسایی اندام اتفاق می‌افتد، هشدار بدهد.

محققان در حال کار با پزشکان هستند تا این برچسب را برای استفاده در بیمارانی که پس از پیوند عضو در ICU بهبود می‌یابند، تطبیق دهند. در این حالت، آن‌ها تغییر زیادی در طراحی فعلی برچسب پیش‌بینی نمی‌کنند، زیرا می‌توان آن را به پوست بیمار چسباند و هرگونه امواج صوتی را که ارسال و دریافت می‌کند، می‌تواند توسط وسایل الکترونیکی که به برچسب متصل می‌شوند، به الکترودها و دستگاه‌های EKG در مطب پزشک تحویل داده و جمع‌آوری کند.

کاربردها و تاثیرات آینده

شریک ژانگ، یکی از محققان این مطالعه می‌گوید: زیبایی واقعی این سیستم این است که از آنجایی پوشیدنی است، امکان نظارت با وزن کم، سازگار و پایدار را در طول زمان فراهم می‌کند. این برچسب احتمالا نه تنها به بیماران اجازه می‌دهد در حین دستیابی به نظارت طولانی مدت و تقریباً در زمان واقعی پیشرفت بیماری خود، رنج کمتری را تحمل کنند، بلکه زمان پرسنل آموزش دیده بیمارستان را برای انجام وظایف مهم دیگر آزاد می‌کند.

محققان امیدوارند که این برچسب را در یک نسخه قابل حمل‌تر محصور کنند. آنها تصور می‌کنند که این برچسب می‌تواند توسط بیماران در خانه استفاده شود تا به‌طور مداوم شرایط را در دوره‌های طولانی تر مانند پیشرفت تومورهای جامد که با شدت سختی می شوند، بررسی کنند.

ژائو می‌گوید: ما معتقدیم که این یک پلت‌فرم فناوری نجات‌بخش است. ما فکر می‌کنیم که در آینده افراد می‌توانند چند برچسب به بدن خود بچسبانند تا بسیاری از سیگنال‌های حیاتی را اندازه‌گیری کنند و سلامت اندام‌های اصلی بدن را تصویربرداری و ردیابی کنند.