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把B超探头做成贴纸!MIT超声贴纸可持续48小时成像内部器官,研究登上Science

大数据文摘 | 普及数据思维,弘扬数据文化 2022/08/08 12:45
新知达人, 把B超探头做成贴纸!MIT超声贴纸可持续48小时成像内部器官,研究登上Science

大数据文摘出品

作者:Caleb


超声成像可以说是人类医学史上最伟大的发明之一了。


这种技术能够在无创的前提下实现对人体内部器官的变化的监测,目前超声成像还仅限于医院里使用专业设备来实现。


有没有一种更简便的方法,比如把所有功能集中在一张小小的“贴片”上?


最近,MIT联合多家公司的研究人员就开发出了这么一种贴片,只有一张邮票大小, 宽约 2 厘米,厚约 3 毫米。这种贴片还 具有很强的 粘性 ,一旦贴在皮肤上,剧烈运动也不会剥落,对诊断成像不会造成任何影响。


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有了这种贴片,超声成像不仅变得更加容易,诊断时间也将更长。


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目前该研究已经以论文的形式发表在了Science上。


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论文链接:

https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo2542


48小时贴片监测,还有人体新发现


在传统的超声成像中,技术人员需要先在病人皮肤上涂抹 液体凝胶 ,将探头压在凝胶上,以此将声波送入体内并回荡到器官,随后信号会被转换成图像传回探头。


正如我们在电视剧或者现实中看到的那样,这些超声成像设备往往十分 笨重 。除此之外,探头还必须与病人保持长时间的接触,对于一些需要更长诊断时间的病人来说,凝胶会慢慢变干,从而影像诊断结果。


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MIT的研究人员开发的这种贴片装置, 粘合层由弹性粘合层和刚性传感器阵列的组合组成,其 由上下两层薄薄的弹性体组成,固体水凝胶被包裹在其中; 下层弹性体被设计用来粘附在皮肤上,上层则被设计用来粘附在刚性的传感器阵列上。


这种贴片可以贴在人体包括颈部、胸部、腹部和手臂等各个部位的皮肤上,提供长达 48小时 的器官连续超声成像。


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在实验中,15名参与者被要求将该设备贴在身体的不同部位,研究人员借由此观察生成的图像。


结果显示了各种器官的清晰图像,包括血管、肌肉、心脏、消化道、膈肌和肺部。在连续监测的48小时内,参与者还进行了各种身体活动,比如慢跑和骑自行车,而超声成像并没有出现任何问题。


通过在移动状态下监测人体,研究人员还获得了很多 新发现 。比如,坐着和站着时主要血管直径的变化,运动时心脏如何变化,喝果汁时胃如何膨胀,以及运动造成的肌肉损伤等等。


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复旦大学附属中山医院超声科主任徐辉雄教授表示:“ 微型化、远程化、智能化和精准化是超声未来的发展趋势。 新的生物凝胶超声贴片借助了材料科技的发展,提出了一种新的超声应用的可能性,有望在急救、战场、重症、运动等场景下进行人体血流的监测,也可以对心血管风险事件作出提前预警,代表了可穿戴设备和医学成像方面基础研究的突破。”


研究人员表示,未来他们的目标是 无线操作 。如果这项技术能够实现,患者就可以将设备连接到家中,通过接收声波数据的智能手机将生成图像。未来的设想是机器学习模型诊断,可以常规用于监测子宫内的肿瘤进展和胎儿发育。


MIT赵选贺带队,以解决 健康和可持续发展的挑战为目标


除了这项研究本身外,文摘菌发现,这篇论文的作者们也是来头不小。


一作 王冲和 目前是麻省理工学院机械工程系的研究生研究员,开创了可监测人体深层组织生命体征的可穿戴超声技术的工程方向。他还曾被评为 “2019 Baxter Young Investigator”,以表彰他在开发世界上第一个可穿戴式中央血压监测器方面的贡献,该监测器有可能拯救ICU病人的生命。


王冲 和主要着眼于 开发软性材料与生物学的衔接方面 。具体来说,他目前专注于工程软质生物和电子材料/设备,以开发医疗/研究工具来了解生物过程,寻求解决临床问题的机会。


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另一个主要作者Xiaoyu Chen目前担任博士后助理。


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王冲和与 Xiaoyu Chen皆 师从麻省理工学院机械工程学院副教授 赵选贺


赵选贺实验室主要以 力学、材料和生物技术方面的综合专长,推动人与机器之间界面的科学和技术发展,以解决健康和可持续发展方面的社会挑战。最近他们的研究方向是 软材料和系统的研究和开发


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实验室链接:

http://zhao.mit.edu/


2003年, 赵选贺获得 天津大学电子工程学位。三年后,他在不列颠哥伦比亚大学获得了材料工程的硕士学位。在哈佛大学获得机械工程博士学位后, 赵选贺选择攻读 生物医学工程的博士后。正如他本人所说,“我在许多不同的学科上形成了一个循环”。


2016年6月27日,赵选贺在“自然通信”杂志发表了防止水凝胶脱水的技术,该成果可望为合成皮肤铺路,甚至为机器人提供具有生物功能的柔软弹性皮肤。


今年3月,赵选贺教授课题组以题为Engineered Living Hydrogels在Advanced Materials杂志上发表了综述文章,讨论了水凝胶基质和工程化活细胞之间的相互作用,重点讨论了水凝胶如何影响细胞行为以及细胞如何影响水凝胶性质,以及工程化活性水凝胶与其环境之间的相互作用,以及这些相互作用如何实现多功能的应用。


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医学也正在变得高科技起来


如今,随着技术的发展,医学领域也“喝到了汤”。


比如就在上周,为了给双胞胎进行 分离手术 医疗团队花了几个月的时间,使用基于 CT MR I 扫描的双胞胎虚拟现实投影来对手术进行了一系列模拟,通过虚拟现实设备,不同国家的外科医生第一次戴着头显, 在同一个“虚拟现实室”中一起手术。


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对于手术的VR技术能力, 外科医生Noor ul Owase Jeelani表示, 这真是太棒了,能在孩子们真正处于危险之前看到解剖结构,并对手术进行模拟,可以想象这对外科医生来说是多么难得。

同时在国内,上海瑞金国家转化医学中心的目标便是 打破基础医学、药物研究、临床医学之间的屏障,加强研究与应用之间的结合。

在英特尔® 傲腾™ 持久内存和基于它打造的DAOS的加持下,这种 新型存储方案 打破了转化医学的存储墙,让瑞金的研究人员能够在2020年新冠病毒爆发初期就仅用45天实现了对新冠病毒的基因组测序和组装,还成功利用定制化超算平台研发了服务全国五百多家医院的《中国成人白血病诊疗登记管理系统》。


相信随着不同的技术逐渐发展,医学领域各个分支都能得到不同程度的促进,而人类的健康问题也慢慢会得到解答。



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