การรู้ว่าเลือดไหลผ่านหลอดเลือดของผู้ป่วยได้เร็วและเร็วแค่ไหนมีความสำคัญ เพราะจะช่วยให้แพทย์วินิจฉัยภาวะหัวใจและหลอดเลือดต่างๆ รวมถึงลิ่มเลือดได้ ปัญหาลิ้นหัวใจ; การไหลเวียนไม่ดีในแขนขา; หรือการอุดตันในหลอดเลือดแดงที่อาจนำไปสู่จังหวะหรือหัวใจวาย

แพทช์อัลตราซาวนด์ใหม่ที่พัฒนาขึ้นที่ UC San Diego สามารถตรวจสอบการไหลเวียนของเลือดตลอดจนความดันโลหิตและการทำงานของหัวใจได้อย่างต่อเนื่องในแบบเรียลไทม์ การสวมอุปกรณ์ดังกล่าวจะช่วยให้ระบุปัญหาหัวใจและหลอดเลือดได้ง่ายขึ้นตั้งแต่เนิ่นๆ

นำทีมโดย Sheng Xu ศาสตราจารย์วิศวกรรมนาโนที่ UC San Diego จาคอบส์โรงเรียนวิศวกรรมการรายงานแพทช์ในบทความที่ตีพิมพ์ 16 กรกฎาคมในธรรมชาติวิศวกรรมชีวการแพทย์

แพทช์สามารถสวมใส่ที่คอหรือหน้าอก ความพิเศษของแผ่นแปะคือสามารถตรวจจับและวัดสัญญาณหัวใจและหลอดเลือดได้ลึกถึง 14 เซนติเมตรภายในร่างกายในลักษณะที่ไม่รุกราน และสามารถทำได้ด้วยความแม่นยำสูง

“อุปกรณ์สวมใส่ประเภทนี้สามารถให้ภาพที่ครอบคลุมและแม่นยำยิ่งขึ้นแก่คุณเกี่ยวกับสิ่งที่เกิดขึ้นในเนื้อเยื่อลึกและอวัยวะที่สำคัญ เช่น หัวใจและสมอง ทั้งหมดนี้มาจากพื้นผิวของผิวหนัง” Xu กล่าว

Chonghe Wang อดีตนักศึกษาปริญญาโทด้านวิศวกรรมนาโนในห้องทดลองของ Xu และเป็นผู้เขียนร่วมคนแรกของ Xu กล่าวว่า "การตรวจจับสัญญาณในระดับความลึกดังกล่าวเป็นสิ่งที่ท้าทายอย่างยิ่งสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้ แต่นี่คือที่ที่สัญญาณที่สำคัญที่สุดของร่างกายและอวัยวะส่วนกลางถูกฝังไว้ ศึกษา. "เราออกแบบอุปกรณ์สวมใส่ได้ซึ่งสามารถเจาะลึกเนื้อเยื่อลึกดังกล่าวและสัมผัสสัญญาณสำคัญเหล่านั้นใต้ผิวหนังได้ เทคโนโลยีนี้สามารถให้ข้อมูลเชิงลึกใหม่ ๆ ในด้านการดูแลสุขภาพ"

คุณสมบัติที่เป็นนวัตกรรมอีกประการของแพทช์คือลำแสงอัลตราซาวนด์สามารถเอียงในมุมต่างๆ และนำไปยังส่วนต่างๆ ในร่างกายที่ไม่ได้อยู่ใต้แผ่นแปะโดยตรง

Xu อธิบาย นี่เป็นครั้งแรกในด้านอุปกรณ์สวมใส่ได้ เนื่องจากเซ็นเซอร์ที่สวมใส่ได้ที่มีอยู่มักจะตรวจสอบเฉพาะบริเวณที่อยู่ด้านล่างเท่านั้น "ถ้าคุณต้องการตรวจจับสัญญาณที่ตำแหน่งอื่น คุณต้องย้ายเซ็นเซอร์ไปยังตำแหน่งนั้น ด้วยแพตช์นี้ เราสามารถตรวจสอบพื้นที่ที่กว้างกว่ารอยเท้าของอุปกรณ์ได้ สิ่งนี้สามารถเปิดโอกาสได้มากมาย"

มันทำงานอย่างไร

แผ่นแปะประกอบด้วยแผ่นโพลีเมอร์ที่ยืดหยุ่นและยืดหยุ่นได้บางซึ่งยึดติดกับผิวหนัง ที่ฝังอยู่บนแพทช์คืออาร์เรย์ของทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวนด์ขนาดมิลลิเมตร แต่ละรายการถูกควบคุมโดยคอมพิวเตอร์เป็นรายบุคคล - อาร์เรย์ประเภทนี้เรียกว่าอาร์เรย์เฟสอัลตราซาวนด์ เป็นส่วนสำคัญของเทคโนโลยีเพราะช่วยให้แพทช์สามารถเจาะลึกและกว้างขึ้นได้

อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสมีโหมดการทำงานหลักสองโหมด ในโหมดเดียว ทรานสดิวเซอร์ทั้งหมดสามารถซิงโครไนซ์เพื่อส่งคลื่นอัลตราซาวนด์ร่วมกัน ซึ่งจะสร้างลำแสงอัลตราซาวนด์ความเข้มสูงที่โฟกัสที่จุดหนึ่งลึกถึง 14 เซนติเมตรในร่างกาย ในโหมดอื่น ทรานสดิวเซอร์สามารถตั้งโปรแกรมให้ส่งสัญญาณไม่ตรงกัน ซึ่งจะสร้างลำแสงอัลตราซาวนด์ที่สามารถบังคับทิศทางไปยังมุมต่างๆ ได้

Muyang Lin, ปริญญาเอกด้านวิศวกรรมนาโนกล่าวว่า "ด้วยเทคโนโลยีอาร์เรย์แบบค่อยเป็นค่อยไป เราสามารถจัดการลำแสงอัลตราซาวนด์ในแบบที่เราต้องการ นักศึกษาที่ UC San Diego ซึ่งเป็นผู้ร่วมวิจัยรายแรกด้วย "สิ่งนี้ทำให้อุปกรณ์ของเรามีความสามารถหลายอย่าง: การตรวจสอบอวัยวะส่วนกลางและการไหลเวียนของเลือดด้วยความละเอียดสูง ซึ่งเป็นไปไม่ได้หากใช้ตัวแปลงสัญญาณเพียงตัวเดียว"

อาร์เรย์แบบแบ่งเฟสประกอบด้วยทรานสดิวเซอร์อัลตราซาวนด์ขนาด 12 x 12 ตาราง เมื่อกระแสไฟฟ้าไหลผ่านทรานสดิวเซอร์ พวกมันจะสั่นและปล่อยคลื่นอัลตราซาวนด์ที่เดินทางผ่านผิวหนังและลึกเข้าไปในร่างกาย เมื่อคลื่นอัลตราซาวนด์ทะลุผ่านเส้นเลือดใหญ่ พวกเขาพบการเคลื่อนไหวจากเซลล์เม็ดเลือดแดงที่ไหลเวียนอยู่ภายใน การเคลื่อนไหวนี้เปลี่ยนแปลงหรือเปลี่ยนวิธีที่คลื่นอัลตราซาวนด์สะท้อนกลับไปที่แพทช์ ซึ่งเป็นผลที่เรียกว่าการเปลี่ยนความถี่ดอปเลอร์ การเปลี่ยนแปลงนี้ในสัญญาณสะท้อนจะถูกดึงขึ้นมาโดยแพทช์ และใช้เพื่อสร้างการบันทึกภาพการไหลเวียนของเลือด กลไกเดียวกันนี้สามารถใช้สร้างภาพเคลื่อนไหวของผนังหัวใจได้

ตัวเปลี่ยนเกมที่มีศักยภาพในคลินิก

สำหรับคนจำนวนมาก การไหลเวียนของเลือดไม่ใช่สิ่งที่วัดระหว่างการไปพบแพทย์เป็นประจำ โดยปกติจะมีการประเมินหลังจากที่ผู้ป่วยแสดงสัญญาณของปัญหาหัวใจและหลอดเลือด หรือหากผู้ป่วยมีความเสี่ยงสูง

การตรวจกระแสเลือดแบบมาตรฐานอาจใช้เวลานานและต้องใช้แรงงานมาก ช่างเทคนิคที่ผ่านการฝึกอบรมกดโพรบอัลตราซาวนด์แบบใช้มือถือกับผิวหนังของผู้ป่วยและย้ายจากบริเวณหนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งจนกว่าจะอยู่เหนือเส้นเลือดใหญ่โดยตรง นี้อาจฟังดูตรงไปตรงมา แต่ผลลัพธ์อาจแตกต่างกันระหว่างการทดสอบและช่างเทคนิค

เนื่องจากแพทช์นี้ใช้งานง่าย จึงสามารถแก้ปัญหาเหล่านี้ได้ Sai Zhou ปริญญาเอกด้านวัสดุศาสตร์และวิศวกรรมศาสตร์ กล่าว นักศึกษาที่ UC San Diego และผู้เขียนร่วมของการศึกษานี้ “เพียงแค่แปะไว้บนผิวหนังแล้วอ่านสัญญาณ โดยไม่ต้องพึ่งผู้ปฏิบัติงาน และไม่ก่อให้เกิดภาระงานหรือภาระเพิ่มเติมแก่ช่างเทคนิค แพทย์ หรือผู้ป่วย” เขากล่าว "ในอนาคต ผู้ป่วยสามารถสวมใส่สิ่งนี้เพื่อทำการดูแลหรือเฝ้าติดตามที่บ้านอย่างต่อเนื่อง"

ในการทดสอบ แพทช์ดำเนินการเช่นเดียวกับโพรบอัลตราซาวนด์เชิงพาณิชย์ที่ใช้ในคลินิก บันทึกการไหลเวียนของเลือดอย่างแม่นยำในหลอดเลือดที่สำคัญ เช่น หลอดเลือดแดง carotid ซึ่งเป็นหลอดเลือดแดงที่คอซึ่งส่งเลือดไปเลี้ยงสมอง ความสามารถในการติดตามการเปลี่ยนแปลงในกระแสนี้อาจช่วยระบุได้ว่าบุคคลนั้นมีความเสี่ยงต่อโรคหลอดเลือดสมองดีก่อนที่จะเริ่มมีอาการหรือไม่

นักวิจัยชี้ให้เห็นว่าแผ่นแปะยังมีทางอีกยาวไกลกว่าจะพร้อมสำหรับคลินิก ปัจจุบันจำเป็นต้องเชื่อมต่อกับแหล่งพลังงานและเครื่องตั้งโต๊ะเพื่อให้ทำงานได้ ทีมของ Xu กำลังทำงานเพื่อรวมอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ทั้งหมดไว้ในแพตช์เพื่อให้เป็นแบบไร้สาย

กระดาษ: "การตรวจสอบการไหลเวียนโลหิตของเนื้อเยื่อลึกอย่างต่อเนื่องด้วยอาร์เรย์เฟสอัลตราโซนิกที่ยืดได้" ผู้เขียนร่วม ได้แก่ Baiyan Qi*, Zhuorui Zhang*, Mitsutoshi Makihata, Boyu Liu, Yi-hsi Huang, Hongjie Hu, Yue Gu, Yimu Chen, Yusheng Lei, Shu Chien และ Erik Kistler, UC San Diego; Taeyoon Lee, มหาวิทยาลัยยอนเซและสถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยีเกาหลี; และ Kyung-In Jang สถาบันวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี Daegu Gyeonbuk สาธารณรัฐเกาหลีบาคาร่า สมัครบาคาร่า