Un gran paso adelante en ultrasonido inalámbrico m

Ingenieros de UC San Diego desarrollan un sistema totalmente integrado para la monitorización de tejidos profundos

Universidad de California - San Diego

Imagen: Un sistema ultrasónico portátil montado en un parche en el pecho para medir la actividad cardíaca.ver más

Crédito: Muyang Lin

Un equipo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha desarrollado el primer sistema de ultrasonido portátil totalmente integrado para la monitorización de tejidos profundos, incluso para sujetos en movimiento. Facilita la monitorización cardiovascular que puede salvar vidas y marca un gran avance para uno de los laboratorios de ultrasonido portátiles más importantes del mundo. El artículo, "Un sistema de ultrasonido portátil totalmente integrado para monitorear tejidos profundos en sujetos en movimiento", se publica en la edición del 22 de mayo de 2023 de Nature Biotechnology.

“Este proyecto ofrece una solución completa a la tecnología de ultrasonido portátil, no solo la

El sensor portátil, pero también la electrónica de control, se fabrican en factores de forma portátiles”, dijo Muyang Lin, Ph.D. candidato en el Departamento de Nanoingeniería de UC San Diego y primer autor del estudio. "Creamos un dispositivo verdaderamente portátil que puede detectar los signos vitales del tejido profundo de forma inalámbrica".

La investigación surge del laboratorio de Sheng Xu, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería Jacobs de UC San Diego y autor correspondiente del estudio.

Este sistema ultrasónico portátil autónomo totalmente integrado (USoP) se basa en el trabajo anterior del laboratorio en el diseño de sensores ultrasónicos blandos. Sin embargo, todos los sensores ultrasónicos blandos anteriores requieren cables de sujeción para la transmisión de datos y energía, lo que limita en gran medida la movilidad del usuario. En este trabajo, incluye un circuito de control pequeño y flexible que se comunica con un conjunto de transductores de ultrasonido para recopilar y transmitir datos de forma inalámbrica. Un componente de aprendizaje automático ayuda a interpretar los datos y rastrear sujetos en movimiento.

Según los hallazgos del laboratorio, el sistema ultrasónico en parche permite el seguimiento continuo de señales fisiológicas de tejidos de hasta 164 mm de profundidad, midiendo continuamente la presión arterial central, la frecuencia cardíaca, el gasto cardíaco y otras señales fisiológicas durante hasta doce horas seguidas. tiempo.

"Esta tecnología tiene un gran potencial para salvar y mejorar vidas", afirmó Lin. “El sensor puede evaluar la función cardiovascular en movimiento. Los valores anormales de presión arterial y gasto cardíaco, en reposo o durante el ejercicio, son características de la insuficiencia cardíaca. Para poblaciones sanas, nuestro dispositivo puede medir las respuestas cardiovasculares al ejercicio en tiempo real y así proporcionar información sobre la intensidad real del entrenamiento ejercida por cada persona, lo que puede guiar la formulación de planes de entrenamiento personalizados”.

El USoP también representa un gran avance en el desarrollo de Internet de las cosas médicas (IoMT), un término para una red de dispositivos médicos conectados a Internet, que transmiten de forma inalámbrica señales fisiológicas a la nube para computación, análisis y diagnóstico profesional.

Gracias a los avances tecnológicos y al arduo trabajo de los médicos durante las últimas décadas, el ultrasonido ha recibido una ola constante de interés, y el laboratorio Xu a menudo se menciona en el primer momento como un líder temprano y duradero en el campo, particularmente en ultrasonido portátil. . El laboratorio tomó dispositivos que eran estacionarios y portátiles y los hizo extensibles y portátiles, impulsando una transformación en el panorama del monitoreo de la atención médica. Su fortaleza reside en parte en su estrecha colaboración con los médicos. "Aunque somos ingenieros, conocemos los problemas médicos que enfrentan los médicos", dijo Lin. “Tenemos una relación estrecha con nuestros colaboradores clínicos y siempre recibimos comentarios valiosos de ellos. Esta nueva tecnología de ultrasonido portátil es una solución única para abordar muchos desafíos de monitoreo de signos vitales en la práctica clínica”.

Mientras desarrollaba su última innovación, el equipo se sorprendió al descubrir que tenía más capacidades de las previstas inicialmente.

"Al principio de este proyecto, nuestro objetivo era construir un sensor de presión arterial inalámbrico", dijo Lin. “Más tarde, mientras estábamos haciendo el circuito, diseñando el algoritmo y recopilando conocimientos clínicos, pensamos que este sistema podría medir muchos más parámetros fisiológicos críticos que la presión arterial, como el gasto cardíaco, la rigidez arterial, el volumen espiratorio y más, todos ellos. los cuales son parámetros esenciales para la atención diaria de la salud o el seguimiento intrahospitalario”.

Además, cuando el sujeto está en movimiento, habrá un movimiento relativo entre el sensor ultrasónico portátil y el tejido objetivo, lo que requerirá un reajuste manual frecuente del sensor ultrasónico portátil para realizar un seguimiento del objetivo en movimiento. En este trabajo, el equipo desarrolló un algoritmo de aprendizaje automático para analizar automáticamente las señales recibidas y elegir el canal más apropiado para realizar un seguimiento del objetivo en movimiento.

Sin embargo, cuando el algoritmo se entrena utilizando los datos de un sujeto, es posible que ese aprendizaje no sea transferible a otros sujetos, lo que hace que los resultados sean inconsistentes y poco confiables.

"Finalmente logramos que la generalización del modelo de aprendizaje automático funcionara aplicando un algoritmo de adaptación avanzado", dijo Ziyang Zhang, estudiante de maestría en el Departamento de Ciencias de la Computación e Ingeniería de UC San Diego y coprimer autor del artículo. “Este algoritmo puede minimizar automáticamente las discrepancias en la distribución de dominios entre diferentes sujetos, lo que significa que la inteligencia de la máquina se puede transferir de un sujeto a otro. Podemos entrenar el algoritmo en un tema y aplicarlo a muchos otros temas nuevos con un reentrenamiento mínimo”.

En el futuro, el sensor se probará en poblaciones más grandes. "Hasta ahora, sólo hemos validado el rendimiento del dispositivo en una población pequeña pero diversa", dijo Xiaoxiang Gao, investigador postdoctoral en el Departamento de NanoIngeniería de UC San Diego y coautor del estudio. "Mientras visualizamos este dispositivo como la próxima generación de dispositivos de monitoreo de tejido profundo, los ensayos clínicos son nuestro próximo paso".

Xu es cofundador de Softsonics, LLC, que planea comercializar la tecnología.

Naturaleza Biotecnología

10.1038/s41587-023-01800-0

Un sistema de ultrasonido portátil totalmente integrado para monitorear los tejidos profundos en sujetos en movimiento

22-mayo-2023

Sheng Xu es el cofundador de Softsonics, LLC, que planea comercializar la tecnología.

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