Buzz
Miếng dán siêu âm với kích thước nhỏ gọn chỉ bằng một con tem, nhưng có khả năng tạo ra hình ảnh rõ nét của tim, phổi và các cơ quan nội tạng khác trong cơ thể người sử dụng.
Quy trình dựng hình siêu âm là một phương pháp an toàn và không cần phẫu thuật để quan sát bên trong cơ thể, giúp các bác sĩ quan sát trực tiếp hình ảnh của các nội tạng trong cơ thể bệnh nhân. Để thực hiện quy trình này, kỹ thuật viên sử dụng máy siêu âm và ống dẫn để tạo ra hình ảnh từ sóng âm thanh được phản xạ từ cơ thể. Sóng này được chuyển thành hình ảnh cao cấp về tim, phổi và các cơ quan khác bên trong cơ thể bệnh nhân.
Trước đây, quy trình dựng hình siêu âm thường đòi hỏi sự sử dụng các thiết bị cồng kềnh chỉ có sẵn tại bệnh viện và phòng khám của các bác sĩ. Nhưng nhờ công nghệ mới của nhóm kỹ sư MIT, quy trình này có thể thực hiện thông qua việc sử dụng miếng dán có thể đeo được, giúp bất kỳ ai cũng có thể truy cập vào nó bằng cách mua một miếng dán tại các cửa hàng thuốc.
'Bạn có thể dán miếng dán ở nhiều vị trí khác nhau trên cơ thể và chúng sẽ kết nối với điện thoại của bạn, kích hoạt các thuật toán trí tuệ nhân tạo để phân tích hình ảnh theo yêu cầu' - theo Xuanhe Zhao, giáo sư chuyên ngành chế tạo cơ khí và môi trường dân dụng tại MIT. 'Chúng tôi tin rằng nghiên cứu này sẽ mở ra một thời đại mới của dựng hình bằng miếng dán có thể đeo được: chỉ cần vài miếng dán trên cơ thể, bạn có thể thấy rõ các nội tạng của mình'
Một miếng dán siêu âm ngày nay
Vấn đề vẫn còn tồn tại
Để thực hiện dựng hình bằng siêu âm, kỹ thuật viên cần áp dụng gel truyền âm lên da bệnh nhân, gel này đóng vai trò truyền dẫn sóng siêu âm. Sau đó, một que dò hoặc bộ cảm biến được đặt lên vùng gel và phát ra sóng âm vào bên trong cơ thể. Sóng âm này sẽ phản xạ từ các cấu trúc nội tạng và trở lại que dò, nơi tín hiệu được phân tích và chuyển đổi thành hình ảnh chi tiết.
Đối với bệnh nhân cần chụp ảnh nội tạng trong thời gian dài, một số bệnh viện đã áp dụng giải pháp cố định que dò vào một cánh tay robot để giữ bộ cảm biến ở vị trí đúng mà không cần lo lắng về việc mỏi tay; tuy nhiên, gel siêu âm thường trôi và khô dần, gây gián đoạn trong quá trình chụp ảnh.
Trong vài năm gần đây, các nhà nghiên cứu đã nghiên cứu nhiều thiết kế để cải tiến que dò siêu âm, tạo ra một quy trình chụp ảnh nội tạng rẻ tiền, thoải mái và tiện lợi hơn. Một trong những thiết kế này áp dụng một dãy cảm biến siêu nhỏ linh hoạt, giúp thiết bị có thể điều chỉnh và phản ứng với cơ thể của bệnh nhân.
Tuy nhiên, những thiết kế này thường chỉ đem lại hình ảnh với độ phân giải thấp, một phần do khả năng điều chỉnh của chúng: khi di chuyển với cơ thể, các cảm biến có thể lệch khỏi vị trí ban đầu, gây ra biến dạng trong hình ảnh.
'Công cụ dựng hình siêu âm có thể đeo trên cơ thể sẽ mang lại tiềm năng lớn trong việc chẩn đoán y khoa trong tương lai. Tuy nhiên, hiện nay, miếng dán siêu âm vẫn có độ phân giải và thời gian chụp ảnh còn hạn chế, không thể dựng hình các cơ quan sâu bên trong một cách chi tiết' - theo Chonghe Wang, sinh viên tốt nghiệp MIT.
Hướng tiếp cận mới
Miếng dán siêu âm mới từ nhóm MIT mang lại hình ảnh với 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. 'Việc kết hợp này giúp thiết bị phản ứng với da bệnh nhân một cách linh hoạt trong khi vẫn duy trì được vị trí, tạo ra hình ảnh rõ ràng và chính xác hơn' - Wang nói.
Lớp keo dính của thiết bị được tạo thành từ hai lớp chất đàn hồi mảnh, ở giữa là một lớp hydrogel rắn, một chất liệu chủ yếu là nước có khả năng truyền tải sóng âm một cách dễ dàng. Không giống như các loại gel siêu âm thông thường, hydrogel của nhóm MIT có độ linh hoạt và khả năng thay đổi kích cỡ.
'Lớp đàn hồi ngăn chặn sự mất nước của hydrogel' - theo Chen. 'Chỉ khi hydrogel có nồng độ nước cao thì sóng âm mới có thể thâm nhập vào cơ thể một cách hiệu quả và tạo ra hình ảnh có độ phân giải cao về các cơ quan nội tạng.
Lớp đàn hồi ở dưới được thiết kế để dán vào da, trong khi lớp keo ở phía trên được dính vào một dãy cảm biến cứng cũng do nhóm nghiên cứu thiết kế và sản xuất. Miếng dán siêu âm này có diện tích chỉ khoảng 2 cm vuông và dày 3 mm - bằng một con tem bưu chính!
Miếng dán siêu âm đã được thử nghiệm trên nhiều tình nguyện viên khỏe mạnh, họ dán chúng lên nhiều phần khác nhau của cơ thể, bao gồm cổ, ngực, bụng và cánh tay. Miếng dán được giữ dính trên da họ và tạo ra hình ảnh rõ ràng về các cấu trúc bên dưới trong 48 giờ. Trong thời gian đó, các tình nguyện viên thực hiện nhiều hoạt động trong phòng thí nghiệm, từ đứng lên, ngồi xuống, đi bộ, đạp xe đến nâng hạ các vật nặng.
Từ những hình ảnh thu được, nhóm nghiên cứu có thể quan sát sự thay đổi trong đường kính của các mạch máu chính khi người tham gia chuyển từ tư thế ngồi sang đứng. Miếng dán này cũng chụp được nhiều chi tiết về các cơ quan sâu hơn, như sự biến đổi của trái tim khi nó đập mạnh trong khi tập thể dục. Các nhà nghiên cứu cũng quan sát được dạ dày sưng lên và sau đó co lại khi tình nguyện viên uống nước và sau đó đi tiểu. Thậm chí khi một số tình nguyện viên nâng vật nặng, nhóm có thể nhận biết sự thay đổi trong các nhóm cơ, cho biết về những tổn thương tạm thời mà chúng gặp phải.
'Với công nghệ chụp ảnh này, chúng tôi có thể bắt lấy những khoảnh khắc trong quá trình tập luyện trước khi người sử dụng miếng dán quá tải và ngăn họ trước khi cơ bắp căng thẳng' - Chen nói. 'Chúng tôi chưa biết khi nào sẽ xảy ra những tình huống đó, nhưng hiện tại chúng tôi có thể cung cấp dữ liệu hình ảnh mà các chuyên gia có thể phân tích khi nhìn vào nó'
Nhóm nghiên cứu đang phát triển khả năng vận hành không dây cho miếng dán. Họ cũng đang nghiên cứu các thuật toán phần mềm dựa trên trí tuệ nhân tạo, để giải mã và chẩn đoán tốt hơn ảnh thu được từ miếng dán. Zhao hy vọng những miếng dán siêu âm này sẽ có thể được đóng gói và bán cho bệnh nhân cũng như người tiêu dùng chung, và không chỉ được sử dụng để giám sát nhiều cơ quan nội tạng, mà còn để giám sát sự phát triển của các khối u, cũng như quá trình phát triển của thai nhi trong bụng mẹ.
'Chúng tôi dự định sẽ phân phối các hộp miếng dán, mỗi miếng được thiết kế để chụp ảnh từ một vị trí khác nhau trên cơ thể' - Zhao nói. 'Chúng tôi tin rằng đây là một bước đột phá trong lĩnh vực wearable và chụp ảnh y khoa'.
Tham khảo: Đại học Massachusetts - MIT
