اسکنرهای اولتراسوند که از داخل بدن تصویربرداری می‌کنند، از ابزارهای پزشکی نجات‌بخش هستند. اکنون پژوهشگران پروب اولتراسوند دستی را معمولاً به تکنسین آموزش‌دیده نیاز دارد تا آن را روی پوست حرکت دهد، در حد تراشه‌های مستحکم به اندازه یک تمبر پستی کوچک باشد که به کمک چسب زیستی مخصوص به پوست می‌چسبد.

دستگاه جدید می‌تواند هر بار به مدت دو روز ویدئوهای با وضوح بالا ضبط کند و فعالیت عروق خونی و قلب را حین ورزش یا حرکات معده را هنگام هضم غذا ثبت کند. ژوآنهه ژائو، مهندس مکانیک در مؤسسه فناوری ماساچو و از نویسندگانی که در مجله Science منتشر شد، درباره توضیح می‌دهد: «حُسن این دستگاه است که می‌تواند پروب اولتراسوند را به مدت ۴۸ ساعت به بدن بچسبانید.»

با ضبط تصاویر و ویدئوهایی از اعضای درونی بدن در این مدت، می‌توان از این دستگاه برای تشخیص حمله قلبی و تومورهای بدخیم، آزمایش اثربخشی داروها و ارزیابی سلامت کلی قلب، ریه یا عضله استفاده کرد. ژائو می‌افزاید: «این ابزار می‌تواند چهارچچ تصویربرداری پزشکی را با ایجاد تصویربرداری مستمر طولانی‌مدت تغییر دهد و حوزه دستگاه‌های پوشیدنی را نیز متحول کند.»

اسکنرهای اولتراسوند مرسوم از نظر بررسی زیر پوست بدون آسیب‌زدن به بدن عالی هستند، اما دسترسی به چنین اسکن‌هایی محدود است. نانشو لو، مهندس مکانیک در دانشگاه تگزاس در آستین که در پژوهش جدید مشارکتی را از نویسندگان تجزیه و تحلیل و حلیل مرتبط انجام نداد که در مجله ساینس منتشر شد، می‌گوید:

اولتراسوند دستی مرسوم به تکنسینهای مجرب نیاز دارد تا پروب را به درستی روی پوست قرار دهند و مقداری ژل مایع را بین پوست و پروب استفاده کنند. همان طور که می‌توانم تصور کنم، این کار بسیار خسته‌کننده، کوتاه‌مدت و محدود است. ازآنجا که این اسکنرها به اپراتورهای انسانی با تجربه دارند، گران هستند و نمی‌توان از آن‌ها در آزمایش‌هایی استفاده کرد که افراد مورد بررسی در حال ورزش یا بدنشان تحت فشار گرمایی یا محیط‌های دارای شرایط سخت قرار می‌گیرند. اولتراسوندهای معمولی مرتبط‌های زیادی دارند. اگر بتوانیم حسگرهای اولتراسوند را به شکل ابزارهای پوشیدنی، متحرک و دردسترس درآوریم، امکانات ایجاد خواهد شد.

پژوهشگران دیگر نیز جستجو کرده اند تا پچ های اولتراسوند چسبیدنی را بسازند. اما دستگاه‌های قبلی به‌منظور چسبیدن به پوست نرم و کشسان، به گونه‌ای طراحی می‌شوند که می‌توانند حالتی داشته باشند. این امر موحب کیفیت تصویر می‌شد، زیرا دستگاه نمی‌تواند تعداد زیادی مبدل را در جای خود بدهد. منظور از مبدل واحدهایی است که در این مورد نیروی الکتریکی بسیار صوتی با فرکانس های بالا تبدیل می شود که انسان نمی تواند آن را تشخیص دهد.

پروب اولتراسوند رنگ فراصوت را ازطریق لایه‌ای از ژل چسبناک به انسان می‌فرستد. پس از برخورد به اعضا و ساختارهای درونی دیگر منعکس می‌شوند و سپس به آرایه مبدل برمی‌گردند. آرایه مکانیکی را به‌تغییرهای تبدیل می‌کند و آن‌ها را به رایانه‌های می‌فرستد تا به تصویر تبدیل شوند. هرچه تعداد مبدل ها بیشتر باشد، کیفیت تصویر بهتر می شود.

فیلیپ تان، مهندس برق و آزمایشگاه دانشجوی لو توضیح می‌دهد: «این دستگاه شبیه دوربین عمل می‌کند.» پروب اولتراسوند چسبنده کشش پذیر است که باید هنگام حرکت پوست، خم شود، نمی‌توان تعداد زیادی مبدل را در آرایه جای دهد و حرکت کاربر، پیکربندی مبدل‌ها را تغییر می‌کند و گرفتن تصاویر پایدار می‌شود.

ژائو و تیمش به‌جای اینکه خود دستگاه را بسازند، پروب‌تکن‌پذیری را که فقط سه میلی‌متر ضخامت داشت، به لایه چسب چسب‌پذیری چسباندند. چسب مایع چسبناکی می‌شود که بین دسته اولتراسوند و پوست قرار می‌گیرد و ترکیبی از پلیمر غنی از آبی به نام هیدروژل و ماده لاستیک‌مانندی به نام الاستومر است.

ژائو می‌گوید: «این تکه‌ای هیدروژل جامد است که بیش از ۹۰ درصد آب دارد، اما حالت ژله‌مانند دارد. ما سطح ژل را با غشای بسیار نازکی از الاستومر می‌پوشانیم تا آب درون ژل تبخیر نمی‌شود.» این چسب زیستی نه‌تنها پروب را به مدت ۴۸ ساعت به‌طور محکم به پوست می‌چسباند، بلکه لایه محافظی ایجاد می‌کند که از قطعات الکترونیکی دربرابر خم‌شدن پوست و محافظت می‌کند.

تیم ژائو برای تصویربرداری از سیستم‌های بدن‌های مختلف، نسخه‌هایی از پروب را انجام دادند که با فرکانس‌های مختلف تولید می‌کردند و در نتیجه در بدن نفوذ می‌کردند. برای مثال، فرکانس مانند ۱۰ مگاهرتز ممکن است تا چند سانتی‌متری زیر پوست برسد. پژوهشگران از این فرکانس برای ثبت عملکرد خونی و افراد حین تغییر وضعیت از نشسته به ایستاده یا حین ورزش شدید استفاده کردند.

فرکانس پایین‌تر ۳ مگاهرتز به حدود شش سانتی‌متری زیر سطح پوست نفوذ می‌کند و فعالیت‌های داخلی را ثبت می‌کند. پژوهشگران با استفاده از این فرکانس از چهار حفره قلب یک فرد و نیز از حرکت معده یک فرد هنگام خوردن آب میوه تصویربرداری کردند.

پژوهشگران همچنین ثبت‌شده با پروب اولتراسوند نتیجه‌گیری‌های خود را با تصاویر حاصل از دستگاه اولتراسوند مقایسه‌پذیر کردند. ژائو می‌گوید: «وضوح تصاویر دستگاه ما تقریباً ده برابر بالاتر از وضوح تصویر حاصل از اولتراسوند استاندارد پذیر است.»

دستگاه تصویربرداری که به‌طور پیوسته بر بخش‌های خصوصی از بدن نظارت دارد، می‌تواند برای نظارت و تشخیص بیماری‌های مختلف به رودها باشد. پزشکان می‌توانند رشد تومور را در طول زمان تحت نظر داشته باشند. اگر درمعرض خطر فشار خون بالا قرار می‌گیرد، ممکن است برای اندازه‌گیری فشار خون خود پچ اولتراسون را بپوشاند که در افزایش فشار خون به آن‌ها هشدار می‌دهد یا می‌تواند نشان دهد که آیا داروی خوراکی است یا نه.

بیمار مبتلا به کووید می‌تواند در خانه بماند و بداند که اگر بیماری او موجب عفونت ریه شدیدی شد که به بستری نیاز داشت، دستگاه تصویربردار به او هشدار می‌دهد. اما شاید مهم‌ترین کاربرد چنین دستگاهی است که می‌تواند دارای عملکرد قلبی باشد. ژائو می‌گوید: «بیماری‌های قلبی‌عروقی در سراسر دنیا علت اصلی مرگ‌ومیر هستند.»

نظارت بر سلامت قلب از موارد موردتوجه سایر توسعه‌دهندگان دستگاه‌های پوشیدنی است. برای مثال ساعت‌های هوشمندی مانند اپل واچ می‌توانند سیگنال‌های الکتریکی را که نشان‌دهنده فعالیت‌های قلب هستند، به کمک الکتروکاردیوگرام (ECG یا EKG) دنبال کنند. این اطلاعات می‌تواند در برخی از موارد برای تشخیص علت بیماری مورد استفاده قرار گیرد.

ژائو می‌گوید: «مطالعاتی وجود دارد که نشان می‌دهد EKG می‌تواند بیش از ۲۰ درصد از حمله‌های قلبی را تشخیص دهد. تشخیص بیشتر کارکرد به روشهای تصویربرداری مانند تصویربرداری اولتراسوند نیاز دارد.»

مقالات مرتبط:

تصویربرداری مداوم از قلب بیمار می‌تواند علائم آن را ثبت کند و امکان تشخیص زودهنگام را فراهم کند. تان می‌گوید: «مزیت مهم دستگاه جدید این است که انواع تشخیص‌های پزشکی ممکن است می‌سازد که در شرایط ثابت نمی‌توان به آن‌ها دست پیدا کرد.» برای ارزیابی سلامت قلب اندازه گیری فعالیت قلب حین ورزش مفید است، اما نگه داشتن دست دستگاه اولتراسوند درمقابل قفسه سینه چسبناک فردی که در حال دویدن است، به عنوان مثال است. تان می‌افزاید: «با پچ اولتراسوند پوشیدنی که در آن مجبور نیستید مبدل را روی بدن فرد نگه دارید، می‌توانید باکیفیتی از قلب حتی حین به دست آورید.»

دستگاه زیست‌چسب پژوهشگران مؤسسه فناوری ماساچوست هنوز برای استفاده آماده نیست. یکی از راه‌های آن است که این دستگاه هنوز می‌بایست به‌طور قابل‌پیش‌گیری باشد تا بتوان آن‌ها را با پروب تولید می‌کند، جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کرد. ژائو می‌گوید: «پروب را به کمک سیم به سیستم دریافت می‌کنیم. اما گروه من به‌شدت کار می‌کند تا همه اجزاء را کوچک کند و در یک دستگاه بیسیم ادغام کند.»

ژائو قصد دارد درنهایت پچ را با منبع تغذیه کوچک و انتقال سیستم به بی‌سیم ارتقا دهد. لو و تان موافقند که این هدف عملی است، چرا که قطعات کوچک الکترونیکی و روش های تولید خاص به این ویژگی ها اجازه می دهد تا در قالب «اولتراسوند روی یک تراشه» با هم ترکیب شوند. لو می‌گوید اگر این حوزه سرمایه‌گذاری دولتی و خصوصی را جذب کند، چنین دستگاهی می‌تواند در پنج سال به مرحله استفاده شود.

درنهایت، استیکرهای اولتراسوند می‌توانند به صف‌پوشیدنی‌هایی بپیوندند که سلامت انسان را نظارت کند. درحال‌حاضر، دستگاه‌هایی هستند که با ضربان قلب مرتبط هستند، کیفیت خواب و حتی استرس را جمع‌آوری می‌کنند. لو میگوید:

بدن ما داده‌های بسیار شخصی، مستمر، آسیب و چندوجهی را درمورد سلامتی، عواطف، توجه، و موارد دیگر منتشر می‌کنند. بنابراین، ما پر از داریم. سوالی که وجود دارد این است که چگونه آن‌ها را به طور مستمر و قابل‌اطمینان به دست آوریم.

اگر دوست داشتی امتیاز دادن یادت نره!