深部組織モニタリングの革新的技術: ウェアラブル超音波パッチ

組織の硬さの測定が改善されれば、がんやスポーツ外傷など、さまざまな状態のより良い治療につながる可能性があります。

カリフォルニア大学サンディエゴ校のエンジニア グループは、人間の皮膚の表面から 4 cm の深さの組織の非侵襲的な連続 3D イメージングを実行できる、伸縮可能な超音波アレイを作成しました。 この革新的な方法は、0.5 mm の空間分解能を誇り、現在の技術と比較してより拡張された非侵襲的なソリューションを提供し、浸透深度が強化されています。

この研究は、カリフォルニア大学サンディエゴ校のジェイコブス スクール オブ エンジニアリングのナノエンジニアリング教授であり、研究の筆頭著者である Sheng Xu の研究室からのものです。 調査結果は最近ジャーナルに掲載されました ネイチャー バイオメディカル エンジニアリング.

「私たちは、人間の組織の硬さを頻繁に評価できるウェアラブル デバイスを発明しました」と、Xu グループのポスドク研究員であり、研究の共著者である Hongjie Hu 氏は述べています。 「特に、超音波素子のアレイを柔らかいエラストマー マトリックスに統合し、これらの素子を接続するために波状の曲がりくねった伸縮性電極を使用しました。これにより、デバイスが人間の皮膚に適合し、組織の硬さを連続的に評価できるようになりました。」

エラストグラフィ監視システムは、深部組織の機械的特性のシリアル、非侵襲的、および 3 次元マッピングを提供できます。 これにはいくつかの重要な用途があります。

• 医学研究では、病理組織に関する一連のデータは、通常は細胞を硬化させる癌などの疾患の進行に関する重要な情報を提供できます。
• 筋肉、腱、靭帯をモニタリングすることで、スポーツ障害の診断と治療に役立ちます。
• いくつかの化学療法剤とともに、肝臓および心血管疾患の現在の治療法は、組織の硬さに影響を与える可能性があります。 連続エラストグラフィーは、これらの薬剤の有効性と送達を評価するのに役立ちます。 これは、新しい治療法の開発に役立つ可能性があります。

癌組織のモニタリングに加えて、この技術は他のシナリオにも適用できます。

• 肝線維症および肝硬変のモニタリング。 この技術を使用して肝線維症の重症度を評価することにより、医療専門家は疾患の進行を正確に追跡し、最も適切な治療方針を決定することができます。
• 腱炎、テニス肘、手根管症候群などの筋骨格障害の評価。 この技術は、組織の硬さの変化を監視することで、これらの状態の進行に関する貴重な洞察を提供し、医師が患者ごとに個別の治療計画を立てることを可能にします。
• 心筋虚血の診断とモニタリング。 動脈壁の弾力性を監視することにより、医師は状態の初期の兆候を特定し、さらなる損傷を防ぐためにタイムリーな介入を行うことができます.

ウェアラブル超音波パッチは、従来の超音波の検出機能を実現するだけでなく、1 回限りの検査、病院内でのみの検査、スタッフの操作の必要性など、従来の超音波技術の限界を打ち破ります。

「これにより、患者はいつでもどこでも自分の健康状態を継続的に監視できます」と Hu 氏は述べています。

これは、従来の診断手順に代わる非侵襲的で低コストの代替手段を提供することで、誤診と死亡を減らすだけでなく、コストを大幅に削減するのに役立ちます。

「ウェアラブル超音波技術のこの新しい波は、ヘルスケア モニタリング分野の変革を推進し、患者の転帰を改善し、ヘルスケア コストを削減し、ポイント オブ ケア診断の広範な採用を促進しています」と Xu グループの訪問学生である Yuxiang Ma 氏は述べています。研究共著者。 「この技術が発展し続けるにつれて、医用画像とヘルスケアモニタリングの分野でさらに大きな進歩が見られる可能性があります。」

アレイは人間の皮膚に適合し、音響的に結合するため、磁気共鳴エラストグラフィで検証された正確なエラストグラフィ イメージングが可能になります。

テストでは、このデバイスを使用して、エクスビボでの組織のヤング率の 3 次元分布をマッピングし、痛みが始まる前にボランティアの筋肉の微細構造損傷を検出し、理学療法中の筋肉損傷の動的回復プロセスを監視しました。

このデバイスは、16 x 16 のアレイで構成されています。 各エレメントは、1-3 複合エレメントと、過度の振動を吸収するように設計された銀エポキシ複合材料で作られたバッキング層で構成され、帯域幅を広げ、軸分解能を向上させます。

参考文献：Hongjie Hu、Yuxiang Ma、Xiaoxiang Gao、Dawei Song、Mohan Li、Hao Huang、Xuejun Qian、Ray Wu、Keren Shi、Hong Ding による「深部組織の係数の 3 次元マッピングのための伸縮性超音波アレイ」、 Muyang Lin, Xiangjun Chen, Wenbo Zhao, Baiyan Qi, Sai Zhou, Ruimin Chen, Yue Gu, Yimu Chen, Yusheng Lei, Chonghe Wang, Chunfeng Wang, Yitian Tong, Haotian Cui, Abdulhameed Abdal, Yangzhi Zhu, Xinyu Tian, Zhaoxin Chen 、Chengchangfeng Lu、Xinyi Yang、Jing Mu、Zhiyuan Lou、Mohammad Eghtedari、Qifa Zhou、Assad Oberai、Sheng Xu、2023 年 5 月 1 日、 ネイチャー バイオメディカル エンジニアリング.
DOI: 10.1038/s41551-023-01038-w

この研究は、空軍研究所と 国立衛生研究所.

Xu 教授は現在、Softsonics LLC を通じてこの技術を商品化しています。