Dans cette interview, nous discutons avec des chercheurs du Zhao Lab du MIT d’une nouvelle étiquette à ultrasons qui pourrait fournir une imagerie non invasive des organes internes jusqu’à 48 heures.
Pouvez-vous vous présenter et nous dire ce qui a inspiré vos récentes recherches ?
Nous sommes une équipe d’ingénieurs du laboratoire MIT Zhao (http://zhao.mit.edu/)
Le diagnostic médical actuel s’appuie fortement sur les outils d’imagerie radiologique clinique pour parvenir à une décision. Cependant, il s’agit généralement d’approches cliniques rares et les schémas pathologiques sont très susceptibles de passer inaperçus. Pour relever ce défi, nous voulons développer un appareil portable qui peut fournir des capacités d’imagerie à long terme pour les cliniciens et les patients, et suivre leur maladie ou leur état.
Dans les établissements de soins de santé, les médecins ont souvent besoin d’imager les organes internes d’un patient. Pour ce faire, l’échographie est fréquemment utilisée. Pouvez-vous nous en dire plus sur le fonctionnement des ultrasons ?
L’imagerie par ultrasons est une fenêtre sûre et non invasive sur le fonctionnement du corps, fournissant aux médecins des images en direct des organes internes d’un patient. Pour capturer ces images, des techniciens formés manipulent des bâtons et des sondes à ultrasons pour diriger les ondes sonores dans le corps. Ces ondes sont réfléchies pour produire des images haute résolution du cœur, des poumons et d’autres organes profonds du patient.
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Bien que l’imagerie par ultrasons soit populaire dans les établissements de santé, elle présente plusieurs inconvénients. Quels sont certains de ces inconvénients et comment votre nouvelle technologie aide-t-elle à les surmonter ?
Traditionnellement, pour les ultrasons, le technicien applique d’abord un gel liquide sur la peau du patient, transmettant les ondes ultrasonores. Ensuite, une sonde, ou transducteur, est pressée contre le gel et envoie des ondes sonores dans le corps qui résonnent avec les structures internes et retournent à la sonde, où les signaux sortants sont traduits en images visibles.
Pour les patients qui nécessitent de longues périodes d’imagerie, certains hôpitaux proposent des capteurs montés sur des bras robotiques qui peuvent maintenir le transducteur en place sans se fatiguer, mais le fluide liquide s’écoule et s’assèche avec le temps, interrompant l’imagerie à long terme.
Pour résoudre ce problème, nous avons conçu une étiquette à ultrasons qui produit des images haute résolution sur une plus longue période en couplant une couche adhésive extensible à un réseau rigide de transducteurs. Cette combinaison permet au dispositif de se conformer à la peau tout en maintenant la position relative des transducteurs pour produire des images plus nettes et plus précises.
Dans vos recherches récentes, vous avez conçu une nouvelle affiche d’échographie. Comment avez-vous conçu cette affiche et comment fonctionne-t-elle ?
Nous avons conçu une nouvelle étiquette à ultrasons qui produit des images haute résolution sur une plus longue période en associant une couche adhésive extensible à un ensemble solide de transducteurs. Cette combinaison permet au dispositif de se conformer à la peau tout en maintenant la position relative des transducteurs pour produire des images plus nettes et plus précises.
La couche adhésive de l’appareil se compose de deux fines couches d’élastomère qui enveloppent une couche intermédiaire d’un hydrogel solide, un matériau à base d’eau qui transmet facilement les ondes sonores. L’hydrogel de l’équipe du MIT est flexible et extensible, contrairement aux gels à ultrasons traditionnels. L’élastomère empêche l’hydrogel de se dessécher. Lorsque l’hydrogel est très humide, les ondes sonores peuvent pénétrer efficacement et donner une imagerie haute résolution des organes internes.
La couche inférieure en caoutchouc est conçue pour adhérer à la peau, tandis que la couche supérieure adhère à un ensemble solide d’adaptateurs que l’équipe a également conçus et construits. L’ensemble de l’étiquette à ultrasons mesure environ 2 cm de côté et 3 mm d’épaisseur, soit environ l’espace d’un timbre-poste.
Pour tester notre conception, nous avons soumis l’autocollant à ultrasons à une combinaison de tests avec des volontaires sains, qui portaient les autocollants sur différentes parties de leur corps, y compris le cou, la poitrine, l’abdomen et les bras. Les autocollants sont restés attachés à sa peau et ont produit des images claires des structures sous-jacentes jusqu’à 48 heures.
Autocollant à ultrasons
Votre affiche d’échographie peut également fournir une imagerie continue des organes internes pendant 48 heures, ainsi que capturer des images lorsque le patient effectue diverses activités. Comment est-ce possible, et quels avantages les cliniciens ont-ils en surveillant les organes sur une période de temps par rapport à un seul instant instantané ?
Notre système BAUS le rend possible, et l’autocollant adhésif à ultrasons peut être appliqué sur la peau humaine, en la maintenant stable et en imageant les organes internes en continu. Un dispositif d’imagerie qui maintient une surveillance continue de certaines parties du corps peut être utilisé pour surveiller et diagnostiquer diverses maladies. Les médecins peuvent surveiller de près la croissance tumorale au fil du temps.
Une personne à risque de développer une hypertension artérielle peut porter un patch à ultrasons pour mesurer l’hypertension artérielle, l’alerter lorsque la pression est élevée ou suivre si les médicaments aident. Un patient COVID peut rester à la maison, sachant qu’un appareil d’imagerie l’alertera si sa maladie provoque une lésion pulmonaire suffisamment grave pour nécessiter une hospitalisation.
Espérez-vous qu’en recherchant en permanence ces étiquettes à ultrasons, elles puissent être proposées en pharmacie afin que les patients n’aient pas besoin de se rendre dans un centre de santé ? Quels en sont les avantages pour les patients et les médecins ?
Oui, nous espérons que le BAUS sera l’un des futurs moniteurs de santé pouvant être achetés en pharmacie. Par conséquent, nous concevons les capacités de production de masse pour réduire davantage les coûts, étant donné que le coût actuel des étiquettes est d’environ 200 USD chacune. Le gros avantage/argument de vente de ce nouvel appareil est qu’il ouvre de nouveaux types de diagnostics médicaux qui ne peuvent pas être réalisés dans un environnement statique.
Pour évaluer la santé cardiaque, par exemple, il est utile de mesurer l’activité des organes pendant l’exercice – mais il est difficile de tenir une baguette à ultrasons sur la poitrine d’une personne recouverte de la substance collante. En utilisant un patch à ultrasons portable, où vous n’avez pas à tenir le transducteur sur la personne, elle peut démontrer votre capacité à obtenir des images de haute qualité du cœur même en déplacement. La technologie peut réduire le fardeau des médecins et des patients.
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Les dispositifs médicaux portables ont connu un énorme regain d’intérêt ces dernières années, en partie grâce à l’intelligence artificielle et à l’apprentissage automatique. Comment ces deux disciplines peuvent-elles être appliquées à une étiquette échographique pour un développement ultérieur ?
La grande tendance sur laquelle nous travaillons est l’application de l’intelligence artificielle dans le système BAUS. Une image ne vaut rien si vous ne pouvez pas réellement la diagnostiquer. Donc, même si nous pouvons obtenir toutes ces images, nous avons toujours besoin d’aide pour en tirer des diagnostics médicaux utiles.
Nous construisons des algorithmes qui peuvent suivre la physiologie des organes, l’analyser quantitativement et arriver à une décision diagnostique. Cela permettra d’économiser le fardeau du médecin.
Pensez-vous que votre technologie peut aider à améliorer le diagnostic clinique dans le monde entier ? Qu’est-ce que cela pourrait signifier pour la santé mondiale?
L’application la plus importante que nous ayons envisagée est peut-être la détection et le diagnostic des crises cardiaques. La santé cardiaque est sur le radar des autres développeurs portables. Par exemple, les montres intelligentes telles que l’Apple Watch sont capables de suivre les signaux électriques qui indiquent l’activité cardiaque avec ce qu’on appelle un électrocardiogramme (ECG ou EKG). Cela peut être utilisé pour diagnostiquer les crises cardiaques – au moins dans certains cas.
Des études montrent qu’un ECG ne peut diagnostiquer qu’environ 20% des crises cardiaques. La majorité des crises cardiaques nécessitent en fait des méthodes d’imagerie, telles que l’imagerie par ultrasons, pour le diagnostic. L’imagerie continue du cœur d’un patient peut détecter ses symptômes et fournir un diagnostic précoce. Nous envisageons que les étiquettes à ultrasons puissent être emballées et achetées par les patients et les consommateurs et utilisées non seulement pour surveiller divers organes internes, mais également pour surveiller le développement des tumeurs, ainsi que la croissance des fœtus dans l’utérus.
Votre recherche a été financée en partie par le Massachusetts Institute of Technology mais aussi par diverses organisations, dont les National Institutes of Health, le US Army Research Office et la National Science Foundation. Quelle est l’importance du financement dans la découverte de nouvelles technologies scientifiques ?
Le financement est nécessaire pour permettre la compréhension du développement scientifique et technologique fondamental qui permettra de relever les grands défis sociétaux. Nous apprécions grandement les différents organismes de financement qui nous font confiance et soutiennent notre travail.
Quelles sont les prochaines étapes pour vous et votre recherche ?
Nous travaillons sur un système BAUS entièrement intégré que tout le monde peut utiliser, et nous travaillons également avec des cliniciens pour obtenir des données cliniques et pousser l’appareil dans des essais cliniques.
Où les lecteurs peuvent-ils obtenir plus d’informations ?
Notre site groupe : http://zhao.mit.edu/
À propos du professeur Xuanhe Zhao
Xuanhe Zhao est professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental (par courtoisie) au Massachusetts Institute of Technology. une tâche Chow Lab Le Massachusetts Institute of Technology fait progresser la science et la technologie aux interfaces entre les humains et les machines pour relever les grands défis sociétaux en matière de santé et de durabilité avec une expertise intégrée en mécanique, matériaux et biotechnologie. l’accent principal sur Chow LabLa recherche actuelle est l’étude et le développement de matériaux et de systèmes souples. 
À propos de Chung Wang
Zhong Wang est actuellement étudiant-chercheur diplômé et travaille avec le professeur Xuanhe Zhao au département de génie mécanique du MIT. Chonghe a plus de 10 ans d’expérience en recherche dans le domaine de la technologie des ultrasons.
Depuis 2016, il a été un pionnier dans la direction de l’ingénierie de la technologie des ultrasons portables qui peut surveiller les signes vitaux des tissus profonds dans le corps humain. Ses travaux de recherche révolutionnaires ont été publiés dans Science (2022), Nature Biomedical Engineering (2021), Nature Biomedical Engineering (2018) et ont été mis en avant en exclusivité par des centaines de médias populaires, notamment : National Geographic Magazine, Forbes, MIT Technology Review, National Institute of Health (National Institutes of Health), et bien d’autres. Cette technologie a un énorme potentiel pour transformer le paradigme de la conversion d’un énorme appareil à ultrasons clinique en appareils portables intelligents pour la prochaine génération de soins de santé numériques.
Son travail a été accepté et publié par une série de revues renommées telles que Nature, Science, Nature Biomedical Engineering, Nature Nanotechnology, Nature Electronics, Science Advances, Proceeding of the National Academy of Sciences, Advanced Materials, et bien d’autres. Reconnu comme le « jeune chercheur Baxter de l’année 2019 » pour sa contribution au développement du premier tensiomètre central portable au monde qui pourrait sauver la vie d’un patient en soins intensifs.
À propos du Dr Xiaoyu Chen
Xiaoyu Chen est chercheur postdoctoral au département de génie mécanique du Massachusetts Institute of Technology. Il a obtenu son baccalauréat de l’École de chimie de l’Université de Jilin en 2013. Il a obtenu son doctorat au Département de génie biomédical de l’Université chinoise de Hong Kong en 2019. Ses recherches portent sur la conception et la préparation de biomatériaux polymères pour des applications biomédicales. . Il est récipiendaire du CUHK Outstanding Student Award et du STAR Society for Biomaterials Award.
