Développement d’un système intégré de surveillance des tissus profonds

Une équipe d’ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego a mis au point le premier système d’échographie portable intégré pour surveiller les tissus profonds, y compris les personnes en déplacement. Il facilite la surveillance cardiovasculaire potentiellement vitale et représente une avancée majeure pour l’un des principaux laboratoires d’échographie portable au monde. Le document de recherche, « Wearable Compact Ultrasound System for Deep Tissue Monitoring in Moving Subjects » est publié dans Numéro du 22 mai 2023 de Nature Biotechnology.

« Ce projet fournit une solution complète pour la technologie des ultrasons portables – non seulement le capteur portable, mais également les dispositifs de contrôle électroniques sont transformés en facteurs de forme portables », a déclaré Muyang Lin, Ph.D. Candidat au département de nanoingénierie de l’UC San Diego et premier auteur de l’étude. « Nous avons créé un appareil véritablement portable qui peut détecter sans fil les signes vitaux des tissus profonds. »

La recherche émerge du laboratoire de Sheng Xu, professeur de nanoingénierie à l’UCSD Jacobs School of Engineering et auteur correspondant de l’étude.

Ce système à ultrasons portable entièrement intégré (USoP) s’appuie sur les travaux antérieurs du laboratoire sur la conception de capteurs à ultrasons souples. Cependant, tous les capteurs à ultrasons doux précédents nécessitaient des câbles d’interconnexion pour transmettre les données et l’alimentation, ce qui limitait considérablement les mouvements de l’utilisateur. Dans ce travail, il comprend un petit circuit de commande flexible qui communique avec un réseau de transducteurs à ultrasons pour collecter et transmettre des données sans fil. Le composant d’apprentissage automatique aide à interpréter les données et à suivre les sujets en mouvement.

Selon les résultats de laboratoire, le système d’échographie on-pat permet un suivi continu des signaux physiologiques des tissus jusqu’à 164 mm de profondeur et une mesure continue de la pression artérielle centrale, de la fréquence cardiaque, du débit cardiaque et d’autres signaux physiologiques jusqu’à douze heures par heure. . temps.

« Cette technologie a un grand potentiel pour sauver et améliorer des vies », a déclaré Lin. Le capteur peut évaluer la fonction cardiovasculaire pendant le mouvement. Des valeurs anormales de la tension artérielle et du débit cardiaque, au repos ou à l’effort, sont les caractéristiques de l’insuffisance cardiaque. Pour une population en bonne santé, notre appareil peut mesurer les réponses cardiovasculaires à l’exercice en temps réel, fournissant ainsi des informations sur l’intensité réelle de l’exercice de chaque personne, ce qui peut guider la formulation de plans d’entraînement personnalisés. »

Le système d’échographie sur patch représente également une percée dans le développement de l’Internet des objets médicaux (IoMT), un terme désignant un réseau d’appareils médicaux connectés à Internet, qui transmettent sans fil des signaux physiologiques au cloud à des fins de calcul, d’analyse et de diagnostic.

Grâce aux progrès de la technologie et au travail acharné des médecins au cours des dernières décennies, l’échographie a suscité une vague d’intérêt constante, et Xu Lab est souvent mentionné dès le premier souffle comme un pionnier précoce et durable dans ce domaine, en particulier dans les appareils portables. ultrason. Le laboratoire a pris des appareils fixes et portables et les a rendus extensibles et portables, transformant le paysage de la surveillance des soins de santé. Sa force repose en partie sur son étroite collaboration avec les médecins. « Même si nous sommes des ingénieurs, nous connaissons les problèmes médicaux auxquels les médecins sont confrontés », a déclaré Lin. « Nous entretenons une relation étroite avec nos collaborateurs cliniques et obtenons toujours de précieux commentaires de leur part. Cette nouvelle technologie d’échographie portable est une solution unique pour relever les nombreux défis de la surveillance des signes vitaux dans la pratique clinique. »

Tout en développant sa dernière innovation, l’équipe est surprise de découvrir qu’elle a plus de capacités que prévu initialement.

« Au début de ce projet, nous avions pour objectif de construire un capteur de pression artérielle sans fil », a déclaré Lin. « Plus tard, alors que nous faisions le circuit, concevions l’algorithme et recueillons des informations cliniques, nous sommes arrivés à la conclusion que ce système peut mesurer de nombreux paramètres physiologiques qui sont plus importants que la pression artérielle, tels que le débit cardiaque, la rigidité artérielle, le volume expiratoire. et plus encore, qui sont tous des normes de soins essentielles. « Santé quotidienne ou surveillance à l’hôpital. »

En outre, lorsque le sujet est en mouvement, il y aura un mouvement relatif entre le capteur à ultrasons portable et le tissu cible, ce qui nécessitera une réinitialisation manuelle fréquente du capteur à ultrasons portable pour suivre la cible en mouvement. Dans ce travail, l’équipe a développé un algorithme d’apprentissage automatique pour analyser automatiquement les signaux reçus et sélectionner le canal le plus approprié pour suivre une cible en mouvement.

Cependant, lorsque l’algorithme est formé à l’aide des données d’un sujet, cet apprentissage peut ne pas être transférable à d’autres sujets, ce qui rend les résultats incohérents et peu fiables.

« Nous avons finalement réussi à généraliser le modèle d’apprentissage automatique en appliquant un algorithme adaptatif avancé », a déclaré Ziyang Zhang, étudiant à la maîtrise au département d’informatique et d’ingénierie de l’UCSD et co-premier auteur de l’article. « Cet algorithme peut automatiquement réduire les différences de distribution de champ entre différents sujets, ce qui signifie que l’intelligence artificielle peut être transférée d’un sujet à un autre. Nous pouvons entraîner l’algorithme sur un sujet et l’appliquer à de nombreux autres nouveaux sujets avec un recyclage minimal. »

Désormais, le capteur sera testé sur des lots plus importants. « Jusqu’à présent, nous n’avons validé les performances de l’appareil que sur une population restreinte mais diversifiée », a déclaré Xiaoxiang Gao, chercheur postdoctoral au département de nano-ingénierie de l’UC San Diego et co-premier auteur de l’étude. « Puisque nous envisageons cet appareil comme la prochaine génération d’appareils de surveillance des tissus profonds, les essais cliniques sont notre prochaine étape. »

Xu est le co-fondateur de Softsonics, LLC, qui envisage de commercialiser la technologie.

référence: Lin M, Zhang Z, Gao X, et al. Un système à ultrasons intégré et portable pour la surveillance des tissus profonds dans des objets en mouvement. Nat Biotechnol. DOI 2023 : 10.1038 / s41587-023-01800-0

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