Un gigantesco passo avanti nel monitoraggio a ultrasuoni wireless per soggetti in movimento

Un team di ingegneri dell’Università della California a San Diego ha sviluppato il primo sistema a ultrasuoni indossabile completamente integrato per il monitoraggio dei tessuti profondi, anche per soggetti in movimento. Facilita il monitoraggio cardiovascolare potenzialmente salvavita e segna un importante passo avanti per uno dei laboratori di ultrasuoni indossabili leader a livello mondiale. L’articolo, “Un sistema a ultrasuoni indossabile completamente integrato per monitorare i tessuti profondi nei soggetti in movimento”, è pubblicato nel numero del 22 maggio 2023 di Nature Biotechnology.

"Questo progetto fornisce una soluzione completa alla tecnologia a ultrasuoni indossabile: non solo il sensore indossabile, ma anche l'elettronica di controllo sono realizzati in fattori di forma indossabili", ha affermato Muyang Lin, Ph.D. candidato al Dipartimento di Nanoingegneria dell'UC San Diego e primo autore dello studio. “Abbiamo realizzato un dispositivo veramente indossabile in grado di rilevare i segni vitali dei tessuti profondi in modalità wireless”.

Un sistema a ultrasuoni indossabile su patch per il monitoraggio dei tessuti profondi. Foto di Muyang Lin per la Jacobs School of Engineering della UC San Diego. Galleria a grandezza naturale.

La ricerca emerge dal laboratorio di Sheng Xu, professore di nanoingegneria presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego e autore corrispondente dello studio.

Questo sistema su patch a ultrasuoni indossabile autonomo e completamente integrato (USoP) si basa sul lavoro precedente del laboratorio nella progettazione di sensori a ultrasuoni morbidi. Tuttavia, i precedenti sensori a ultrasuoni morbidi richiedono tutti cavi di collegamento per la trasmissione di dati e potenza, il che limita in gran parte la mobilità dell'utente. In questo lavoro, include un circuito di controllo piccolo e flessibile che comunica con un array di trasduttori a ultrasuoni per raccogliere e trasmettere dati in modalità wireless. Un componente di apprendimento automatico aiuta a interpretare i dati e a tracciare i soggetti in movimento.

Secondo i risultati del laboratorio, il sistema ad ultrasuoni su patch consente il monitoraggio continuo dei segnali fisiologici da tessuti profondi fino a 164 mm, misurando continuamente la pressione sanguigna centrale, la frequenza cardiaca, la gittata cardiaca e altri segnali fisiologici fino a dodici ore alla volta. tempo.

“Questa tecnologia ha un grande potenziale per salvare e migliorare la vita”, ha affermato Lin. “Il sensore può valutare la funzione cardiovascolare in movimento. Valori anomali della pressione arteriosa e della gittata cardiaca, a riposo o durante l’esercizio, sono segni distintivi di insufficienza cardiaca. Per le popolazioni sane, il nostro dispositivo può misurare le risposte cardiovascolari all’esercizio in tempo reale e quindi fornire informazioni sull’effettiva intensità di allenamento esercitata da ciascuna persona, che può guidare la formulazione di piani di allenamento personalizzati”.

Il system-on-patch a ultrasuoni rappresenta anche una svolta nello sviluppo dell'Internet of Medical Things (IoMT), un termine per una rete di dispositivi medici connessi a Internet, che trasmette in modalità wireless segnali fisiologici nel cloud per scopi informatici, di analisi e professionali. diagnosi.

Grazie ai progressi tecnologici e al duro lavoro dei medici negli ultimi decenni, gli ultrasuoni hanno ricevuto una continua ondata di interesse e il laboratorio Xu è spesso menzionato fin dal primo respiro come leader precoce e duraturo nel campo, in particolare negli ultrasuoni indossabili. . Il laboratorio ha preso dispositivi fissi e portatili e li ha resi flessibili e indossabili, determinando una trasformazione nel panorama del monitoraggio sanitario. La sua forza risiede in parte nella stretta collaborazione con i medici. "Sebbene siamo ingegneri, conosciamo i problemi medici che i medici devono affrontare", ha detto Lin. “Abbiamo uno stretto rapporto con i nostri collaboratori clinici e riceviamo sempre preziosi feedback da loro. Questa nuova tecnologia ad ultrasuoni indossabile è una soluzione unica per affrontare molte sfide legate al monitoraggio dei segni vitali nella pratica clinica”.

Durante lo sviluppo della sua ultima innovazione, il team è stato sorpreso di scoprire che aveva più capacità di quanto inizialmente previsto.

"All'inizio di questo progetto, miravamo a costruire un sensore di pressione sanguigna wireless", ha affermato Lin. “Più tardi, mentre stavamo realizzando il circuito, progettando l’algoritmo e raccogliendo informazioni cliniche, abbiamo capito che questo sistema poteva misurare molti più parametri fisiologici critici rispetto alla pressione sanguigna, come la gittata cardiaca, la rigidità arteriosa, il volume espiratorio e altro ancora, tutti che sono parametri essenziali per l’assistenza sanitaria quotidiana o il monitoraggio ospedaliero”.