患者が 胃の超音波検査のために診療所に入ると、彼らは診察台の上にあるしわくちゃの紙の上に横になります。 臨床医は腹部に厚いグーを広げ、小さなプローブを腹部に押し込んで音波を患者の体内に送ります。 これらの波は軟組織と体液で跳ね返り、プローブに戻って2D画像に変換されます。 プローブが人の胃の上を移動すると、臨床医が読めるようにぼやけた白黒画像が画面に表示されます。
超音波技術は多くの医療現場で定番ですが、多くの場合、大きくてかさばります。 マサチューセッツ工科大学の機械エンジニアであるXuanheZhaoは、全体を小型化および簡素化し、ウェアラブルにすることを目指しています。 で 紙 本日公開 化学、趙と彼のチームは、皮膚に貼り付けられたときに、下にあるものの高解像度画像を提供できる小さな超音波パッチの開発について説明しています。 科学者たちは、この技術によって超音波がより長期間の監視に快適になることを望んでいます。おそらく、診療所ではなく自宅でも可能です。
超音波装置は非常に大きく、オフィスを訪問する必要があるため、そのイメージング機能は「短期、数秒間」であることが多く、臓器が時間の経過とともにどのように変化するかを確認する機能が制限されます。 たとえば、医師は、薬を服用したり運動したりした後、患者の肺がどのように変化するかを確認したい場合があります。これは、オフィス訪問では達成が困難です。 これらの問題に取り組むために、科学者たちは、体のほぼどこにでも配置して数日間着用できるパッチ（サイズが約1平方インチ、厚さが数ミリメートル）を設計しました。 「それは切手のように見えます」と趙は言います。
パッチはキャンディーウエハースのように多層で、2つの主要なコンポーネントがあります。1つは接触媒質の上に積み重ねられた超音波プローブで、これはプローブから体内への音波の伝達を促進するのに役立つ材料です。 科学者たちは、2つの回路の間に挟まれた圧電素子（またはトランスデューサー）の2Dアレイを使用して、プローブを薄くて剛性になるように設計しました。 この研究の共著者の1人であるChongheWangは、これらの要素は「電気エネルギーを機械的振動に変換する」ことができると述べています。 これらの振動は波として体内に伝わり、外部の画像システムに反射して画像に変換されます。 これらの振動は、「完全に非侵襲的です。 人間はそれらをまったく感じることができません。」
超音波プローブを作成するために、科学者は3D印刷、レーザーマイクロマシニング、およびフォトリソグラフィーを使用しました。この場合、光を使用して感光性材料にパターンを作成します。 次に、プローブはエポキシの層でコーティングされ、汗などの水による損傷からプローブを保護します。 これらの技術は高スループットであるため、科学者は、1つのデバイスを約2分で製造できると言います。
ゼリー状の接触媒質層は、これらの超音波が体内に伝わるのを助けます。 それは、水に保持するためにポリウレタンの層によって保護されたヒドロゲルの層を含んでいます。 これらすべては、全体がくっつくのを助ける強力な接着剤のような物質として機能する薄いポリマー混合物でコーティングされています。 科学者たちは、パッチが少なくとも48時間皮膚に付着し、残留物を残さずに除去でき、水に耐えることができることを発見しました。
MITチームは、過去数年にわたって同様の小型化された超音波装置を製造してきたラボの小さなグループの1つです。 のラボ カリフォルニア大学サンディエゴ校 そしてその トロント大学 関連プロジェクトに取り組んでいます—WangはUCSDで以前のパッチモデルを作成しました。 しかし、これらは多くの場合、画像処理機能が制限されているか、切手サイズよりも大きかった。