Un sistema ultrasónico portátil para la monitorización de tejidos profundos. Crédito: Muyang Lin
Un equipo de ingenieros de UC San Diego ha creado con éxito un sistema completamente integrado para el monitoreo de tejidos profundos.
Un grupo de ingenieros de la Universidad de California en San Diego ha creado con éxito el primer sistema de ultrasonido portátil totalmente integrado para la exploración de tejidos profundos, aplicable incluso a personas móviles.
Esta innovación podría ser crucial para monitorear la salud cardiovascular y representa un hito importante para uno de los laboratorios líderes en tecnología de ultrasonido portátil. Su investigación fue publicada recientemente en la revista Nature Biotechnology.
Un sistema ultrasónico portátil para monitorear la actividad cardíaca. Crédito: Muyang Lin
«Este proyecto ofrece una solución completa para la tecnología de ultrasonido portátil: no solo el sensor portátil, sino 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 el primer autor del estudio. «Hicimos un dispositivo verdaderamente portátil que puede detectar de forma inalámbrica los signos vitales de los tejidos profundos».
La investigación surge del laboratorio de Sheng Xu, profesor de nanoingeniería en la Escuela de Ingeniería UC San Diego Jacobs y autor correspondiente del estudio.
Este sistema ultrasónico portátil independiente (USoP) totalmente integrado se basa en el trabajo anterior del laboratorio en el diseño de sensores ultrasónicos blandos. Sin embargo, todos los sensores ultrasónicos suaves anteriores requieren cables de conexión para la transmisión de datos y energía, lo que restringe en gran medida la movilidad del usuario.
Un sistema ultrasónico portátil para la monitorización de tejidos profundos. Crédito: Muyang Lin
En este trabajo, incluye un circuito de control pequeño y flexible que se comunica con una matriz 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 de laboratorio, el sistema ultrasónico parcheado permite el seguimiento continuo de las señales fisiológicas de los tejidos a una profundidad de hasta 164 mm, midiendo continuamente la presión arterial central, la frecuencia cardíaca, el gasto cardíaco y otras señales fisiológicas durante hasta doce horas seguidas.
“Esta tecnología tiene un gran potencial para salvar y mejorar vidas”, dijo 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 característicos 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 ejercido por cada persona, lo que puede orientar la formulación de planes de entrenamiento personalizados”.
Un sistema ultrasónico de parche portátil montado en el pecho para medir la actividad cardíaca. Crédito: Muyang Lin
El USoP también representa un gran avance en el desarrollo de Internet of Medical Things (IoMT), un término para una red de dispositivos médicos conectados a Internet, que transmite 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 en las últimas décadas, el ultrasonido ha recibido una ola continua de interés, y Xu Lab a menudo se menciona como uno de los primeros y duraderos líderes en el campo, particularmente en ultrasonido portátil. .
El laboratorio ha tomado dispositivos estacionarios y portátiles y los ha hecho elásticos y portátiles, impulsando una transformación en todo el panorama de monitoreo de la salud. Su fuerza radica en parte en su estrecha colaboración con los médicos.
“Aunque somos ingenieros, conocemos los problemas médicos que enfrentan los médicos”, dijo Lin. “Tenemos una estrecha relación con nuestros colaboradores clínicos y siempre recibimos valiosos comentarios 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 funciones de las que originalmente había previsto.
“Al principio de este proyecto, nuestro objetivo era construir un sensor de presión arterial inalámbrico”, dice Lin. “Más tarde, cuando estábamos haciendo el circuito, diseñando el algoritmo y recopilando información clínica, imaginamos que este sistema podría medir muchos parámetros fisiológicos críticos además de la presión arterial, como el gasto cardíaco, la rigidez arterial, el volumen espiratorio y mucho más. todos ellos parámetros esenciales para la atención sanitaria diaria o el seguimiento hospitalario”.
Además, cuando el sujeto se está moviendo, habrá un movimiento relativo entre el sensor ultrasónico portátil y el tejido objetivo, lo que requerirá reajustes manuales frecuentes del sensor ultrasónico portátil para mantenerse al día con el 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 adecuado para seguir el objetivo en movimiento.
Sin embargo, cuando el algoritmo se entrena con datos de un sujeto, este aprendizaje puede no ser transferible a otros sujetos, lo que hace que los resultados sean inconsistentes y poco confiables.
«Terminamos haciendo 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 la UC San Diego y coautor del artículo. “Este algoritmo puede minimizar automáticamente las discrepancias en la distribución de dominios entre diferentes temas, lo que significa que la inteligencia artificial se puede transferir de un tema a otro. Podemos entrenar el algoritmo en un tema y aplicarlo a muchos otros temas nuevos con un mínimo de reentrenamiento”.
En el futuro, el sensor se probará en poblaciones más grandes. «Hasta ahora, solo hemos validado el rendimiento del dispositivo en una población pequeña pero diversa», dijo Xiaoxiang Gao, becario 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 tejidos profundos, los ensayos clínicos son nuestro próximo paso”.
Referencia: «Un sistema de ultrasonido portátil completamente integrado para monitorear el tejido profundo en sujetos en movimiento» por Muyang Lin, Ziyang Zhang, Xiaoxiang Gao, Yizhou Bian, Ray S. Wu, Geonho Park, Zhiyuan Lou, Zhuorui Zhang, Xiangchen Xu, Xiangjun Chen, Andrea Kang, Xinyi Yang, Wentong Yue, Lu Yin, Chonghe Wang, Baiyan Qi, Sai Zhou, Hongjie Hu, Hao Huang, Mohan Li, Yue Gu, Jing Mu, Albert Yang, Amer Yaghi, Yimu Chen, Yusheng Lei, Chengchangfeng Lu , Ruotao Wang, Joseph Wang, Shu Xiang, Erik B. Kistler, Nuno Vasconcelos y Sheng Xu, 22 de mayo de 2023, Nature Biotechnology.
DOI: 10.1038/s41587-023-01800-0
Xu es cofundador de Softsonics, LLC, que planea comercializar la tecnología.
El estudio fue financiado por el Laboratorio de Investigación de la Fuerza Aérea y los Institutos Nacionales de Salud.
