Інженери з Каліфорнійського університету розробили портативний ультразвуковий пристрій, який забезпечує тривалий моніторинг активності м’язів. Науковці вважають, що нова розробка має великий потенціал у медичній сфері, а також розробці нового типу людино-машинного інтерфейсу.
Ультразвуковий сенсор кріпиться до шкіри клейкою основою та має джерело автономного живлення, дозволяючи відстежувати роботу м’язів з великою роздільною здатністю без будь-яких інвазивних процедур.
Прилад розміщений в гнучкому силіконовому корпусі й складається з трьох головних модулів: ультразвуковий датчик для генерації та приймання акустичних хвиль, записувальний модуль з WiFi для передачі даних на комп'ютер, джерело автономного живлення.
Ключовою інновацією приладу являється використання монокристалічного датчика, який ефективний при обстеженні глибоких шарів. Датчик випромінює ультразвукові хвилі та вловлює відбитий сигнал, який несе великий обсяг клінічної інформації. Для отримання додаткової інформації, науковці розробили програмне забезпечення з алгоритмами штучного інтелекту, яке дозволяє визначати сигнали з груп м'язів та ідентифікувати специфічні жести рук з високою точністю.
Портативний ультразвуковий прилад може стати альтернативою сучасним методам обстеження, а саме електроміографії (ЕМГ). Цей метод передбачає застосування металевих електродів, що кріпляться до шкіри, для реєстрації активності м’язів. Попри те, що ЕМГ вважається сучасним клінічним стандартом, електроміографія має ряд серйозних недоліків – низька роздільна стадність, слабкі сигнали, неможливість тривалого спостереження. Наприклад, сигнали від кількох м’язових волокон часто змішуються разом, що ускладнює процес моніторингу.
Ультразвук забезпечує високу візуалізацію поверхневих та глибоких шарів, даючи повну картину роботи м'язів. Додаткові переваги - компактність, автономність, бездротовий зв'язок. Пацієнт може носити прилад протягом усього дня для довгого моніторингу.
При носінні на грудній клітці, пристрій може визначати товщину діафрагми з субміліметровою точністю. Товщина діафрагми використовується для оцінки її дисфункції, а також стану пацієнтів на штучній вентиляції легень. Аналізуючи рух м'язів, вчені також можуть визначити тип дихання, поверхневе чи глибоке. Це допоможе діагностувати різноманітну патологію дихальної системи - астма, пневмонія, хронічне обструктивне захворювання легень (ХОЛЗ) тощо. Під час тестування прилад успішно розрізнив здорових пацієнтів від пацієнтів з ХОЛЗ.
Один з учасників проєкту відмічає: «Завдяки відстеженню активності діафрагми, технологія допоможе спостерігати за пацієнтами з респіраторними захворюваннями, а також за пацієнтами на штучній вентиляції легень».
Крім того, дослідники успішно використали пристрій для реєстрації активності м’язів кисті та зап’ястка, що дозволило керувати роботизованою рукою та грати у віртуальну гру.
При носінні на передпліччі пристрій забезпечує точне відстеження руху м’язів рук та зап’ястя. Система здатна розпізнавати різні жести рук, фіксує навіть легкі рухи зап’ястя та пальців із високою чутливістю. Керування роботизованою рукою показала відмінні результати - піпеткою вдалося набрати воду зі склянки.
Успішно пройшло тестування й у віртуальній реальності. Рухи зап'ястка використовувалися для керування польотом віртуального птаха. Все це вказує на значні можливості пристрою в галузі протезування, віртуальних ігор та інших сферах, де необхідні інноваційні системи людино-машинного інтерфейсу.
Зараз дослідники працюють над покращенням точності та енергоефективності, вдосконалюють програмне забезпечення та зменшують габарити приладу.
По матеріалах appliedradiology.com
