เซ็นเซอร์แบบสวมใส่ใช้อัลตราซาวนด์เพื่อให้การถ่ายภาพหัวใจในขณะเดินทาง
โดย:
N
[IP: 195.88.86.xxx]
เมื่อ: 2023-02-07 13:28:08
วิศวกรและแพทย์ได้พัฒนาอุปกรณ์อัลตราซาวนด์แบบสวมใส่ที่สามารถประเมินทั้งโครงสร้างและการทำงานของหัวใจมนุษย์ได้ อุปกรณ์พกพาที่มีขนาดประมาณแสตมป์สามารถสวมใส่ได้นานถึง 24 ชั่วโมงและใช้งานได้แม้ในระหว่างการออกกำลังกายอย่างหนักเซิง ซู ศาสตราจารย์ด้านวิศวกรรมนาโนแห่งมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ซานดิเอโก ซึ่งเป็นผู้นำโครงการกล่าวว่า เป้าหมายคือการทำให้อัลตราซาวนด์เข้าถึงได้มากขึ้นสำหรับประชากรกลุ่มใหญ่ ปัจจุบัน echocardiograms - การตรวจอัลตราซาวนด์สำหรับ หัวใจ - ต้องใช้ช่างเทคนิคที่ผ่านการฝึกอบรมมาอย่างดีและอุปกรณ์ขนาดใหญ่ "เทคโนโลยีนี้ช่วยให้ทุกคนสามารถใช้ภาพอัลตราซาวนด์ได้ทุกที่" Xu กล่าว ด้วยอัลกอริธึม AI แบบกำหนดเอง อุปกรณ์นี้สามารถวัดปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดได้ นี่เป็นสิ่งสำคัญเนื่องจากหัวใจสูบฉีดเลือดไม่เพียงพอเป็นสาเหตุของโรคหัวใจและหลอดเลือดส่วนใหญ่ และปัญหาเกี่ยวกับการทำงานของหัวใจมักจะปรากฏเฉพาะเมื่อร่างกายเคลื่อนไหวเท่านั้น งานนี้ได้รับการอธิบายไว้ในวารสารNature ฉบับวัน ที่ 25 มกราคม การถ่ายภาพหัวใจเป็นเครื่องมือทางคลินิกที่จำเป็นในการประเมินสุขภาพหัวใจในระยะยาว ตรวจหาปัญหาที่เกิดขึ้นและดูแลผู้ป่วยวิกฤต เครื่องตรวจวัดหัวใจแบบสวมใส่ได้แบบใหม่นี้สำหรับมนุษย์ให้ข้อมูลเชิงลึกอัตโนมัติตามเวลาจริงเกี่ยวกับกิจกรรมการสูบฉีดของหัวใจที่ยากต่อการบันทึก แม้ในขณะที่บุคคลกำลังออกกำลังกาย ระบบตรวจสอบหัวใจแบบสวมใส่ใช้อัลตราซาวนด์เพื่อจับภาพของห้องทั้งสี่ของหัวใจอย่างต่อเนื่องในมุมต่างๆ และวิเคราะห์ชุดย่อยที่เกี่ยวข้องทางคลินิกของภาพแบบเรียลไทม์โดยใช้เทคโนโลยี AI ที่สร้างขึ้นเอง โครงการนี้สร้างขึ้นจากความก้าวหน้าก่อนหน้านี้ของทีมในเทคโนโลยีการถ่ายภาพที่สวมใส่ได้สำหรับเนื้อเยื่อส่วนลึก "ความเสี่ยงที่เพิ่มขึ้นของโรคหัวใจเรียกร้องให้มีขั้นตอนการตรวจสอบขั้นสูงและครอบคลุมมากขึ้น" Xu กล่าว "ด้วยการให้รายละเอียดที่ละเอียดมากขึ้นแก่ผู้ป่วยและแพทย์ การตรวจสอบภาพหัวใจอย่างต่อเนื่องและเรียลไทม์จึงพร้อมที่จะปรับพื้นฐานให้เหมาะสมที่สุดและปรับรูปแบบกระบวนทัศน์ของการวินิจฉัยโรคหัวใจ" ในการเปรียบเทียบ วิธีการที่ไม่รุกล้ำที่มีอยู่มีความสามารถในการสุ่มตัวอย่างที่จำกัดและให้ข้อมูลที่จำกัด เทคโนโลยีอุปกรณ์สวมใส่ที่พัฒนาโดยทีมงานของ Xu ช่วยให้สามารถถ่ายภาพหัวใจได้อย่างปลอดภัย ไม่รุกราน และมีคุณภาพสูง ส่งผลให้ภาพมีความละเอียดเชิงพื้นที่ ความละเอียดชั่วคราว และคอนทราสต์สูง "นอกจากนี้ยังช่วยลดความรู้สึกไม่สบายของผู้ป่วยและเอาชนะข้อจำกัดบางประการของเทคโนโลยีที่ไม่รุกล้ำเช่น CT และ PET ซึ่งอาจทำให้ผู้ป่วยได้รับรังสี" Hao Huang นักศึกษาระดับปริญญาเอกในกลุ่ม Xu ที่ UC San Diego กล่าว การออกแบบที่เป็นเอกลักษณ์ของเซ็นเซอร์ทำให้เหมาะสำหรับวัตถุที่กำลังเคลื่อนไหว "อุปกรณ์สามารถติดกับหน้าอกโดยจำกัดการเคลื่อนไหวของอาสาสมัครให้น้อยที่สุด แม้กระทั่งการบันทึกกิจกรรมการเต้นของหัวใจอย่างต่อเนื่องทั้งก่อน ระหว่าง และหลังการออกกำลังกาย" เซียวเซียง เกา นักวิจัยหลังปริญญาเอกจาก Xu group ที่ UC San Diego กล่าว ความสำคัญของการถ่ายภาพหัวใจ โรคหัวใจเป็นสาเหตุการตายอันดับต้น ๆ ของผู้สูงอายุ และกำลังแพร่หลายมากขึ้นในหมู่คนหนุ่มสาว เนื่องจากปัจจัยในการดำเนินชีวิต สัญญาณของโรคหัวใจนั้นเกิดขึ้นชั่วคราวและคาดเดาไม่ได้ ทำให้สังเกตได้ยาก สิ่งนี้ได้เพิ่มความต้องการสำหรับเทคโนโลยีการตรวจสอบขั้นสูง ครอบคลุม ไม่รุกราน และคุ้มค่า เช่น การถ่ายภาพหัวใจระยะยาว ซึ่งอุปกรณ์สวมใส่นี้ช่วยอำนวยความสะดวก การถ่ายภาพหัวใจเป็นหนึ่งในเครื่องมือที่ทรงพลังที่สุดสำหรับการคัดกรองและวินิจฉัยปัญหาเกี่ยวกับหัวใจก่อนที่จะกลายเป็นปัญหา Hongjie Hu นักวิจัยดุษฎีบัณฑิตในห้องปฏิบัติการ Xu ที่ UC San Diego กล่าวว่า "หัวใจต้องผ่านพยาธิสภาพต่างๆ มากมาย" "การถ่ายภาพหัวใจจะเปิดเผยเรื่องราวที่แท้จริงที่อยู่ข้างใต้ ไม่ว่าจะเป็นการหดตัวของห้องหัวใจที่แข็งแรงแต่ปกติทำให้เกิดความผันผวนของปริมาตร หรือปัญหาทางสัณฐานวิทยาของหัวใจเกิดขึ้นในกรณีฉุกเฉิน การเฝ้าติดตามภาพแบบเรียลไทม์บนหัวใจจะบอก ทั้งภาพที่มีรายละเอียดชัดเจนและเอฟเฟ็กต์ภาพ" วิธีการทำงานโดยละเอียด ระบบใหม่นี้รวบรวมข้อมูลผ่านแผ่นแปะที่สวมใส่ได้ซึ่งมีความอ่อนนุ่มเหมือนผิวหนังมนุษย์ ซึ่งออกแบบมาเพื่อการยึดเกาะที่ดีที่สุด แผ่นแปะมีขนาด 1.9 ซม. (ยาว) x 2.2 ซม. (กว้าง) x 0.09 ซม. (หนา) ประมาณขนาดของแสตมป์ ส่งและรับคลื่นอัลตราซาวนด์ซึ่งใช้เพื่อสร้างกระแสภาพคงที่ของโครงสร้างของหัวใจแบบเรียลไทม์ แผ่นแปะอัลตราซาวด์นี้มีความนุ่มและยืดได้ และยึดติดกับผิวหนังมนุษย์ได้ดีแม้ในระหว่างออกกำลังกาย ระบบสามารถตรวจสอบหัวใจห้องล่างซ้ายในมุมมองระนาบสองระนาบที่แยกจากกันโดยใช้อัลตราซาวนด์ สร้างภาพที่มีประโยชน์ทางคลินิกมากกว่าที่เคยมีอยู่ ในกรณีการใช้งาน ทีมงานได้สาธิตการถ่ายภาพหัวใจระหว่างการออกกำลังกาย ซึ่งไม่สามารถทำได้ด้วยอุปกรณ์ที่แข็งและยุ่งยากที่ใช้ในสถานพยาบาล ประสิทธิภาพการทำงานของหัวใจมี 3 ปัจจัย ได้แก่ Stroke Volume (ปริมาตรของเลือดที่หัวใจสูบฉีดออกในแต่ละจังหวะ), Ejection Fraction (เปอร์เซ็นต์ของเลือดที่สูบฉีดออกจากหัวใจห้องล่างซ้ายทุกจังหวะ) และ Cardiac Output ( ปริมาณเลือดที่หัวใจสูบฉีดออกทุกๆ นาที) ทีมของ Xu พัฒนาอัลกอริทึมเพื่ออำนวยความสะดวกในการประมวลผลอัตโนมัติอย่างต่อเนื่องโดยใช้ AI ช่วย โมฮัน หลี่ นักศึกษาปริญญาโทกล่าวว่า "โมเดลการเรียนรู้เชิงลึกจะแบ่งส่วนรูปร่างของหัวใจห้องล่างซ้ายโดยอัตโนมัติจากการบันทึกภาพต่อเนื่อง แยกปริมาตรของมันแบบเฟรมต่อเฟรมและให้รูปคลื่นเพื่อวัดปริมาตรของจังหวะ เอาต์พุตของหัวใจ กลุ่ม Xu ที่ UC San Diego "โดยเฉพาะอย่างยิ่ง องค์ประกอบ AI เกี่ยวข้องกับโมเดลการเรียนรู้เชิงลึกสำหรับการแบ่งส่วนภาพ อัลกอริทึมสำหรับการคำนวณปริมาตรหัวใจ และอัลกอริทึมใส่ข้อมูล" Ruixiang Qi นักศึกษาปริญญาโทในกลุ่ม Xu ที่ UC San Diego กล่าว "เราใช้โมเดลแมชชีนเลิร์นนิงนี้เพื่อคำนวณปริมาตรหัวใจโดยพิจารณาจากรูปร่างและพื้นที่ของการแบ่งส่วนช่องซ้าย โมเดลการเรียนรู้เชิงลึกของการแบ่งส่วนด้วยภาพเป็นรุ่นแรกที่ทำงานในอุปกรณ์อัลตราซาวนด์ที่สวมใส่ได้ ช่วยให้อุปกรณ์สามารถให้ความแม่นยำและ รูปคลื่นต่อเนื่องของดัชนีหัวใจหลักในสภาวะทางกายภาพต่างๆ รวมถึงแบบคงที่และหลังออกกำลังกาย ซึ่งไม่เคยทำได้มาก่อน" ดังนั้น เทคโนโลยีนี้จึงสามารถสร้างเส้นโค้งของดัชนีทั้งสามนี้ได้อย่างต่อเนื่องและไม่รุกล้ำ เนื่องจากส่วนประกอบ AI ประมวลผลภาพต่อเนื่องเพื่อสร้างตัวเลขและเส้นโค้ง ในการสร้างแพลตฟอร์ม ทีมงานต้องเผชิญกับความท้าทายทางเทคนิคบางประการซึ่งต้องใช้การตัดสินใจอย่างรอบคอบ ในการผลิตอุปกรณ์สวมใส่เอง นักวิจัยใช้คอมโพสิต piezoelectric 1-3 ผูกมัดกับ Ag-epoxy backing เป็นวัสดุสำหรับทรานสดิวเซอร์ในอิมเมจอัลตราซาวนด์ ช่วยลดความเสี่ยงและปรับปรุงประสิทธิภาพเหนือวิธีการก่อนหน้านี้ เมื่อเลือกการกำหนดค่าการส่งของอาร์เรย์ทรานสดิวเซอร์ พวกเขาได้ผลลัพธ์ที่เหนือกว่าผ่านการส่งผ่านแบบผสมด้วยลำแสงกว้าง พวกเขายังเลือกจากโมเดลยอดนิยม 9 รุ่นสำหรับการแบ่งส่วนภาพโดยใช้การเรียนรู้ของเครื่อง โดยลงจอดบน FCN-32 ซึ่งมีความแม่นยำสูงสุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ในการวนซ้ำปัจจุบัน แพตช์จะเชื่อมต่อผ่านสายเคเบิลกับคอมพิวเตอร์ ซึ่งสามารถดาวน์โหลดข้อมูลโดยอัตโนมัติในขณะที่แพตช์ยังเปิดอยู่ ทีมงานได้พัฒนาวงจรไร้สายสำหรับแพตช์ ซึ่งจะกล่าวถึงในเอกสารเผยแพร่ที่กำลังจะมีขึ้น ขั้นตอนถัดไป Xu วางแผนที่จะขายเทคโนโลยีนี้ผ่าน Softsonics ซึ่งเป็นบริษัทที่แยกตัวออกจาก UC San Diego ที่เขาร่วมก่อตั้งกับวิศวกร Shu Xiang นอกจากนี้เขายังสนับสนุนให้คนอื่นๆ ในชุมชนวิทยาศาสตร์ของเขาทำตามผู้นำของเขาและทำงานในสาขาต่างๆ ของงานวิจัยนี้ซึ่งรับประกันการสำรวจเพิ่มเติม เพื่อติดตามผลลัพธ์เหล่านี้ Xu แนะนำสี่ขั้นตอนถัดไปทันที: การถ่ายภาพในโหมด B ซึ่งช่วยให้สามารถวินิจฉัยอวัยวะต่างๆ ได้มากขึ้น การออกแบบ soft imager ซึ่งช่วยให้นักวิจัยสามารถสร้างโพรบทรานสดิวเซอร์ขนาดใหญ่ที่ครอบคลุมหลายตำแหน่งพร้อมกันได้ การย่อขนาดระบบแบ็คเอนด์ที่ขับเคลื่อนซอฟต์อิมเมจ มุ่งสู่โมเดลแมชชีนเลิร์นนิงทั่วไปที่เหมาะกับวิชาต่างๆ มากขึ้น งานนี้ได้รับการสนับสนุนโดยสถาบันสุขภาพแห่งชาติ
- ความคิดเห็น
- Facebook Comments
