Close-up Engeneering

Ecografo indossabile: monitora i pazienti in movimento

La nuova tecnologia ecografica wireless-on-a-patch può monitorare continuamente i tessuti profondi nei pazienti in movimento grazie ad un nuovo prototipo di ecografo indossabile.

Close-up Engineering

PUBBLICATO IL: 7 Giugno 2023

Dispositivi indossabili / Innovazione

Le apparecchiature indossabili appartengono ad un’area della medicina in continua evoluzione. Un team di ingegneri dell’università di San Diego ha sviluppato un prototipo di ecografo ad ultrasuoni wireless-on-a-patch; questo è in grado di monitorare i parametri vitali in tempo reale anche quando il paziente è in movimento. Il nuovo apparecchio semplifica il monitoraggio cardiovascolare e segna un importante passo avanti nell’ambito delle apparecchiature elettromedicali indossabili.

ecografo indossabile
Ecografo indossabile – Credits: UC San Diego Jacobs School of Engineering

Funzionamento di un ecografo

L’ecografo utilizza delle onde sonore ad alta frequenza per ricreare un’immagine delle strutture interne del organismo umano come: gli organi addominali, i muscoli, i tendini, il cuore ed i vasi sanguigni. Rispetto ad altri metodi di imaging, come la risonanza magnetica (MRI) e la tomografia computerizzata (TAC), è la metodologia che risulta più sicura, versatile e decisamente meno costosa.

In foto un ecografo tradizionale.

Limitazioni delle attuali strumentazioni ecografiche

Ormai da decenni si sono sviluppati diverse tipologie di sonde, apportando continui miglioramenti nella progettazione dei circuiti e nell’ottimizzazione degli algoritmi. Gli esami ecografici possono acquisire qualitativamente e quantitativamente una vasta gamma di informazioni fisiologiche dal corpo umano. Tuttavia, ci sono limitazioni che rendono l’ecografia non utilizzabile come metodologia. Le sonde ecografiche sono spesso ingombranti e cablate a dispositivi di grandi dimensioni. Queste, inoltre, devono essere posizionate manualmente e manovrate nella posizione corretta, ciò porta al fatto che il paziente deve essere necessariamente immobile durante l’esecuzione dell’esame.

In figura una sonda ecografica utilizzata per eseguire un esame.

Il nuovo studio

Si è realizzato un nuovo prototipo di ecografo indossabile ad ultrasuoni per il monitoraggio deep-tissue. Questo non necessità di ulteriori apparecchiature come le sonde. Infatti, non solo il sensore risulta indossabile, ma anche l’elettronica di controllo; questo permette di rilevare i parametri di interesse dei tessuti profondi in modalità wireless. Il sistema ad ultrasuoni on-a-patch (USoP) migliora il precedente prototipo realizzato dal team; il predecessore richiedeva cavi per l’alimentazione e per la trasmissione dei dati. Il nuovo USoP contiene un circuito di controllo miniaturizzato e flessibile che si interfaccia con un array di trasduttori ad ultrasuoni; tutto questo permette di raccogliere e trasmettere i dati in modalità wireless ad un’app per smartphone. Per quanto concerne l’alimentazione, questo è alimentato da una batteria commerciale al polimetro di litio.

ecografo indossabile
Panoramica del nuovo prototipo di ecografo indossabile – Credits: Nature Biotechnology

Funzionamento del nuovo prototipo

Testando il dispositivo, gli ingegneri hanno scoperto che può ricevere letture continue dei tessuti ad una profondità di circa 164 mm per un massimo di 12 ore. Il dispositivo può valutare la pressione sanguigna, la frequenza cardiaca e la gittata cardiaca in movimento. Valori anomali di pressione sanguigna e gittata cardiaca, a riposo o durante l’esercizio fisico, sono caratteristiche dell’insufficienza cardiaca. Per i pazienti sani, il nuovo dispositivo può misurare la risposta cardiovascolare all’esercizio in tempo reale e quindi fornire informazioni sull’effettiva intensità di allenamento esercitata da ogni persona; ciò potrebbe guidare in futuro nella formulazione di piani di allenamento personalizzati.

Algoritmo di apprendimento del nuovo ecografo indossabile

L’algoritmo è la chiave fondamentale per la capacità dell’USoP di monitorare un bersaglio in movimento in modo autonomo e continuo. Normalmente, il sensore si deve regolare manualmente con il movimento per assicurarsi che stia monitorando il tessuto in oggetto di studio. In questo senso, il team ha ottimizzato l’algoritmo per analizzare automaticamente i segnali in entrata e scegliere il canale più appropriato per tracciare il tessuto bersaglio. Questo per molti scienziati è il primo dispositivo indossabile a tracciare autonomamente un bersaglio in movimento. Inoltre, il nuovo prototipo dispone di un algoritmo di adattamento avanzato che porta l’USoP ad essere utilizzato su un paziente e trasferito poco dopo su altri con un necessità minima di riqualificazione.

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Il nuovo prototipo di ecografo indossabile – Credits: UC San Diego Jacobs School of Engineering

Conclusioni e prospettive future

In conclusione, risulta possibile “addestrare” l’algoritmo del prototipo su un argomento e applicarlo a molti altri nuovi soggetti con una riqualificazione minima. In futuro, il team prevede di testare il proprio dispositivo su una mole consistente di pazienti. Finora, si sono convalidate le prestazioni del dispositivo solo su una popolazione piccola ma diversificata. Questo risulta uno dei migliori candidati per la prossima generazione di dispositivi di monitoraggio dei tessuti profondi.

AUTORE

Maddalena Ranzato

Sono una studentessa magistrale di Ingegneria Clinica presso l'Università degli Studi di Trieste. Nel 2021 mi sono laureata in ingegneria biomedica presso l'Università degli Studi di Padova. La mia passione per la scrittura nasce già alle superiori con lo studio delle materie umanistiche al liceo classico. Sono appassionata da tutto ciò che è legato al mondo della medicina e dell'ingegneria, soprattutto la rigenerazione dei tessuti e la creazione di organi artificiali. Attualmente lavoro nell'ambito dell'ingegneria clinica ospedaliera.

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