Kỹ sư MIT đã tạo ra thành công miếng dán có thể nhìn thấy bên trong cơ thể

Các bác sĩ có thể trực tiếp quan sát nội tạng của bệnh nhân bằng cách sử dụng khung hình siêu âm, đây là một cách an toàn và không cần phẫu thuật để quan sát bên trong cơ thể. Các kỹ thuật viên sử dụng những chiếc ống kèm máy dò siêu âm để điều hướng sóng âm thanh vào bên trong cơ thể để chụp được những bức ảnh này. Những sóng này sẽ dội ngược ra ngoài để mang lại cho chúng ta ảnh độ phân giải cao về tim, phổi và các cơ quan khác nằm sâu bên trong cơ thể bệnh nhân.

Kỹ thuật dựng hình siêu âm hiện nay yêu cầu các thiết bị chuyên dụng cồng kềnh, chỉ được sử dụng tại bệnh viện và phòng khám của bác sĩ. Nhưng nhờ thiết kế mới do các kỹ sư MIT tạo ra, công nghệ này có thể được thực hiện dưới dạng wearable và bất kỳ ai cũng có thể sử dụng nó bằng cách mua một miếng dán vết thương tại nhà thuốc.

"Bạn có thể dính vài miếng dán lên nhiều vị trí trên cơ thể khác nhau và chúng sẽ giao tiếp với điện thoại của bạn, kích hoạt các thuật toán AI để phân tích hình ảnh theo yêu cầu. Xuanhe Zhao, giáo sư chuyên ngành chế tạo cơ khí và môi trường dân dụng tại MIT, được trích dẫn bởi tác giả nghiên cứu. "Chúng tôi nghĩ rằng nghiên cứu sẽ mở ra một thời kỳ mới của dựng hình bằng wearable: chỉ với một vài miếng dán trên cơ thể, bạn sẽ có thể thấy được nội tạng của mình.

Vấn đề còn tồn tại

Kỹ thuật viên trước tiên phải phết gel long lên da bệnh nhân, thứ đóng vai trò là trung gian truyền sóng siêu âm, để tạo hình bằng siêu âm. Một que dò, còn được gọi là bộ cảm biến, được ấn lên vùng gel đó và truyền sóng âm vào bên trong cơ thể. Khi sóng âm đập vào các cấu trúc nội tạng, nó sẽ phản ứng ngược lại với que dò, nơi tín hiệu được phân tích và chuyển đổi thành các hình ảnh rõ ràng.

Một số bệnh viện khuyên bệnh nhân nên cố định que dò vào một cánh tay robot để giữ bộ cảm biến ở vị trí thích hợp mà không phải lo lắng về mỏi tay. Tuy nhiên, gel siêu âm lỏng có thể trôi mất và khô dần đi, làm gián đoạn quá trình chụp.

Các nhà nghiên cứu đã phát hiện ra nhiều thiết kế để cải tiến que dò siêu âm trong vài năm trở lại đây, dẫn đến việc phát triển một quy trình dựng ảnh nội tạng rẻ hơn, thoải mái hơn và tiện lợi hơn. Tuy nhiên, thiết kế này sử dụng một dãy cảm biến siêu âm cực nhỏ có thể thích ứng với cơ thể của bệnh nhân và cho phép thiết bị có khả năng kéo giãn.

Tuy nhiên, những thiết kế đó chỉ cho ra hình ảnh độ phân giải thấp, một phần do khả năng kéo giãn của chúng: trong quá trình dịch chuyển với cơ thể, các cảm biến sẽ lệch khỏi vị trí ban đầu của chúng, dẫn đến biến dạng ảnh chụp được.

"Trong chẩn đoán y tế tương lai, công cụ dựng hình siêu âm wearable sẽ có tiềm năng cực lớn. Tuy nhiên, độ phân giải và độ dài quy trình chụp của loại miếng dán siêu âm hiện nay tương đối thấp và không thể dựng hình các cơ quan ẩn sâu bên dưới được. Theo Chonghe Wang, sinh viên tốt nghiệp MIT.

Hướng tiếp cận mới

Miếng dán siêu âm mới của nhóm MIT cung cấp hình ảnh độ phân giải cao hơn trong thời gian dài hơn bằng cách kết hợp một lớp keo dính linh hoạt với một dãy cảm biến cứng. "Sự kết hợp này cho phép thiết bị thích ứng với da bệnh nhân trong khi vẫn duy trì được vị trí của chúng, dẫn đến hình ảnh rõ ràng hơn và chính xác hơn. Wang nói.

Lớp keo dính của thiết bị được tạo thành từ hai lớp chất đàn hồi mỏng, kẹp giữa là một lớp hydrogel rắn, một vật liệu chủ yếu được làm từ nước và có thể dễ dàng truyền tải sóng âm. Hydrogel của nhóm MIT có độ dẻo và kích thước linh hoạt, không giống như các loại gel siêu âm truyền thống.

"Lớp đàn hồi ngăn hydrogel không bị mất nước "- theo Chen. "Sóng âm chỉ có thể xâm nhập vào cơ thể một cách hiệu quả và tạo ra hình ảnh độ phân giải cao về các cơ quan nội tạng khi hydrogel có nồng độ nước cao.

Lớp keo ở trên cùng được gắn vào một dãy cảm biến cứng cũng do nhóm thiết kế và chế tạo, trong khi lớp đàn hồi ở dưới được thiết kế để dính vào da. Một con tem bưu chính có thể được sử dụng để bao phủ hoàn toàn miếng dán siêu âm, có diện tích chỉ 2 cm vuông và dày 3 mm!

Nhiều tình nguyện viên mạnh được thử nghiệm với các miếng dán siêu âm, được dán lên nhiều bộ phận cơ thể khác nhau, bao gồm cổ, ngực, bụng, và cánh tay. Trong 48 giờ, những miếng dán này được giữ dính trên da họ và cho thấy hình ảnh rõ ràng về các cấu trúc bên dưới. Các tình nguyện viên hoàn thành hàng loạt hoạt động trong phòng thí nghiệm trong thời gian đó, bao gồm đứng lên, ngồi xuống, đi bộ, đạp xe và nâng hạ các vật nặng khác.

Khi một người tham gia ngồi và đứng, nhóm nghiên cứu có thể quan sát thấy sự thay đổi đường kính của các mạch máu chính khi họ làm như vậy từ hình ảnh thu được. Những miếng dán này cũng chụp được nhiều chi tiết hơn về các cơ quan sâu hơn, chẳng hạn như sự thay đổi hình dạng của quả tim khi nó đập mạnh giữa các bài tập thể dục. Các nhà nghiên cứu cũng quan sát được dạ dày phồng lên rồi xẹp xuống khi các tình nguyện viên uống nước và đi tiểu. Nhóm cũng có thể thấy sự thay đổi trong các bó cơ khi một số tình nguyên viên nhấc vật nặng, báo hiệu những vi tổn thương ngắn hạn mà chúng gặp phải.

"Với sự trợ giúp của kỹ thuật chụp ảnh này, chúng tôi có thể bắt được những khoảnh khắc trong quá trình tập luyện trước khi người sử dụng miếng dán tập quá đà và ngăn họ lại trước khi cơ bắp bị căng thẳng - Chen nói. "Chúng tôi đã có thể cung cấp dữ liệu hình ảnh mà các chuyên gia có thể hiểu khi nhìn vào đó, mặc dù chúng tôi vẫn chưa biết khi nào sẽ xảy ra.

Nhóm nghiên cứu đang tạo ra khả năng vận hành không dây cho miếng dán. Để diễn giải và chẩn đoán tốt hơn hình ảnh thu được từ miếng dán, họ cũng đang tìm hiểu về các thuật toán phần mềm dựa trên AI. Zhao mong muốn những miếng dán siêu âm này có thể được đóng gói và bán cho bệnh nhân và người tiêu dùng nói chung, và chúng không chỉ được sử dụng để giám sát nhiều cơ quan nội tạng mà còn theo dõi sự tiến triển của các khối u và sự phát triển của bào thai trong bụng mẹ.

"Chúng tôi hình dung sẽ bán những hộp miếng dán, mỗi hộp được sản xuất để chụp ảnh ở một vị trí khác nhau trên cơ thể. - Zhao nói. "Chúng tôi nghĩ đây là một đột phá trong lĩnh vực wearable và chụp ảnh y tế.

Tham khảo: MIT

Cập nhật tin tức công nghệ mới nhất tại fanpage Công nghệ & Cuộc sống