อุปกรณ์ ‘โซนาร์’ แบบติดใหม่ให้คุณดูการเต้นของหัวใจของคุณเอง

แผ่นแปะที่สวมใส่ได้นี้จะก้าวไปอีกขั้นในการแพทย์เฉพาะบุคคล

ลองนึกภาพการมีนาฬิกาที่สามารถสตรีมหัวใจของคุณแบบสดขณะที่มันเต้นอยู่ในอกของคุณ นักวิจัยอาจเริ่มก้าวแรกบนเส้นทางนั้น พวกเขาเพิ่งเปิดตัวแพทช์อัลตราซาวนด์ที่สวมใส่ได้ – บางอย่างเช่น Band-Aid พร้อมโซนาร์ อุปกรณ์แบบติดนี้ช่วยให้มองเห็นส่วนลึกภายในร่างกายได้อย่างยืดหยุ่น

อัลตราซาวนด์แผนที่เนื้อเยื่อและของเหลวโดยการบันทึกว่าคลื่นเสียงสะท้อนออกมาจากพวกเขาอย่างไร เครื่องมือดังกล่าวสามารถช่วยให้แพทย์ตรวจดูสัญญาณของความเสียหายของอวัยวะหรือวินิจฉัยมะเร็งได้ มันสามารถติดตามแบคทีเรียได้ แต่เครื่องอัลตราซาวนด์ส่วนใหญ่ไม่สามารถพกพาได้ มีอุปกรณ์ที่สวมใส่ได้ — แต่พวกเขามักจะพยายามดิ้นรนเพื่อระบุรายละเอียดหรือสามารถใช้ได้ในช่วงเวลาสั้น ๆ เท่านั้น

แพตช์ใหม่นี้สามารถทำงานได้ถึง 48 ชั่วโมงติดต่อกัน — แม้ในขณะที่คุณเคลื่อนไหวบ่อยครั้ง เช่น เมื่อคุณเล่นกีฬา นอกจากนี้ แพทช์นี้ยังมองเห็นได้เช่นเดียวกับเครื่องในโรงพยาบาล นักพัฒนากล่าว พวกเขาอธิบายระบบใหม่ของพวกเขาในวิทยาศาสตร์วันที่ 29 กรกฎาคม

“นี่เป็นเพียงจุดเริ่มต้น” Xuanhe Zhao กล่าว เขาเป็นวิศวกรเครื่องกลที่สถาบันเทคโนโลยีแมสซาชูเซตส์ในเคมบริดจ์ เขาเป็นส่วนหนึ่งของทีมที่สร้างอุปกรณ์ใหม่ ถัดไป ทีมของ Zhao จะสร้างแพตช์ไร้สายเพื่อให้สามารถพูดคุยกับโทรศัพท์ได้

สิ่งนี้มีความเป็นไปได้ทางการแพทย์มากมาย สมมติว่าคุณติดแผ่นแปะบนหัวใจของใครบางคน ภาพที่ถ่ายอาจช่วยทำนายอาการหัวใจวายและลิ่มเลือดได้หลายเดือนก่อนเกิดภัยพิบัติ Aparna Singh กล่าว เธอเป็นวิศวกรชีวการแพทย์ที่มหาวิทยาลัยโคลัมเบียในนิวยอร์กซิตี้ซึ่งไม่ได้มีส่วนร่วมในการวิจัยนี้ แผ่นแปะติดผู้ป่วยโควิด-19 ซึ่งมีขนาดประมาณเศษหนึ่งส่วนสี่ อาจกลายเป็นวิธีง่ายๆ ในการระบุปัญหาปอดขณะพัฒนา

ในประเทศที่ยากจนกว่าหลายๆ ประเทศ การเข้าถึงโรงพยาบาล และเครื่องสร้างภาพกำลังสูง อาจถูกจำกัด แต่อุปกรณ์ใหม่ “มีศักยภาพมหาศาล” ในการช่วยเหลือผู้คนในส่วนต่างๆ ของโลกนี้ ซิงห์กล่าว ตอนนี้ แพตช์มีราคาประมาณ 100 เหรียญสหรัฐฯ แต่นักออกแบบหวังว่าจะลดต้นทุนนั้นลง

อัลตราซาวนด์คืออะไร?

แม้ว่าคลื่นเสียงเหล่านี้จะอยู่นอกเหนือการได้ยินของมนุษย์ แต่คลื่นเสียงเหล่านี้สามารถทำงานที่สำคัญได้ โดยเฉพาะในด้านการแพทย์

แสง ความร้อน และเสียง ล้วนเป็นพลังงานที่เคลื่อนที่เป็นคลื่น คลื่นที่เกิดจากการดีดสายกีต้าร์ เช่น โมเลกุลสั่นสะเทือนในอากาศ และในหูของเรา นั่นเป็นเหตุผลที่เราได้ยินเสียงกีตาร์ แต่ไม่ใช่ทุกเสียงที่จะได้ยิน ตัวอย่างเช่นอัลตราซาวนด์ไม่ได้ ความแตกต่างระหว่างเสียงของกีตาร์กับอัลตราซาวนด์คือความถี่ที่คลื่นสั่นสะเทือน นักดนตรีเรียกความถี่นั้นว่าระดับเสียง

นักวิทยาศาสตร์วัดความถี่ของคลื่นเป็นรอบต่อวินาทีหรือเฮิรตซ์ หูของมนุษย์สามารถได้ยินอะไรก็ได้ระหว่าง 20 ถึง 20,000 เฮิรตซ์ คลื่นที่มีความถี่สูงเรียกว่าอัลตราซาวนด์ ระดับเสียงที่สูงขึ้นเหล่านั้นอยู่นอกเหนือการได้ยินของมนุษย์ (เสียงที่อยู่ต่ำกว่าการได้ยินของมนุษย์เรียกว่าอินฟราซาวน์)

ในอากาศ เสียงเดินทางด้วยความเร็วคงที่ หากความถี่ของคลื่นเปลี่ยนแปลง ความยาวคลื่นของคลื่นก็เปลี่ยนไปเช่นกัน ความยาวคลื่นนั้นคือระยะทางจากจุดสูงสุดของคลื่นลูกหนึ่งไปยังจุดสูงสุดของคลื่นลูกถัดไป คลื่นยาวส่งเสียง คลื่นสั้นให้เสียงสูง

คลื่นที่มีความถี่เท่ากันอาจมีปริมาณพลังงานที่แตกต่างกันออกไป พลังงานนั้นวัดจากความสูงของยอดคลื่น คลื่นเสียงที่มีจุดสูงสุดสูงกว่าหรือการสั่นสะเทือนที่ใหญ่กว่าจะมีพลังงานมากกว่าคลื่นเสียงที่มีจุดสูงสุดที่ต่ำกว่า (เช่น ภายในขอบเขตการได้ยินของมนุษย์ เรารับรู้คลื่นเสียงที่มียอดเขาสูงดังมากขึ้น)

การประยุกต์ใช้ทางการแพทย์ของอัลตราซาวนด์

เป็นเวลาหลายทศวรรษที่ยาใช้อัลตราซาวนด์เพื่อสร้างภาพเนื้อเยื่ออ่อนภายในร่างกาย อัลตราซาวนด์วินิจฉัยประเภทนี้ใช้คลื่นพลังงานต่ำ ทำให้ตรวจสุขภาพทารกในครรภ์ได้อย่างปลอดภัย แพทย์ยังใช้เพื่อสแกนหาโรคในเด็กและผู้ใหญ่ เมื่อเร็ว ๆ นี้นักวิจัยได้ศึกษาว่าอัลตราซาวนด์ที่มีพลังงานสูงสามารถใช้รักษาโรคบางชนิดได้อย่างไร นี้เรียกว่าอัลตราซาวนด์การรักษา

การถ่ายภาพอัลตราซาวนด์ด้วยคลื่นพลังงานต่ำใช้ทรานสดิวเซอร์ อุปกรณ์นี้แปลงพลังงานรูปแบบหนึ่งเป็นอีกรูปแบบหนึ่ง ส่วนหนึ่งของทรานสดิวเซอร์แปลงพลังงานไฟฟ้าเป็นพัลส์อัลตราซาวนด์สั้น ๆ มันส่งชีพจรเหล่านั้นเข้าสู่ร่างกาย อีกส่วนหนึ่งของทรานสดิวเซอร์จะได้รับเสียงสะท้อนที่สะท้อนกลับจากเนื้อเยื่อที่พัลส์เหล่านั้นกระทบภายในร่างกาย คอมพิวเตอร์วิเคราะห์เสียงสะท้อนเหล่านั้นเพื่อสร้างภาพ เสียงสะท้อนจากเนื้อเยื่อประเภทต่างๆ จะแสดงเป็นส่วนที่มืดและสว่างกว่าในภาพ

แพทย์ได้ใช้อัลตราซาวนด์ในการรักษานิ่วในไตแล้ว สิ่งเหล่านี้คือแร่ธาตุขนาดเล็กที่สะสมอยู่ในไตซึ่งเจ็บปวดที่จะผ่านไปพร้อมกับปัสสาวะ คลื่นเสียงที่มีพลังงานสูงจะทำลายนิ่วในไตเป็นชิ้นเล็กๆ ที่ทำให้ร่างกายสามารถล้างออกได้ง่ายขึ้น

นักวิจัยกำลังศึกษาการใช้อัลตราซาวนด์ในการรักษาที่เป็นไปได้อื่นๆ ด้วย ตัวอย่างเช่น ต้องการทำลายเซลล์มะเร็งโดยไม่ทำอันตรายเซลล์ข้างเคียง พวกเขายังแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์สามารถกระตุ้นเซลล์สมองให้ปล่อยสารเคมีส่งสัญญาณ วันหนึ่งอาจนำไปสู่การรักษาโรคทางสมองและความผิดปกติทางอารมณ์

นักวิจัยบางคนยังแสดงให้เห็นว่าอัลตราซาวนด์สามารถทำให้เซลล์บางชนิดหลั่งอินซูลินได้ นั่นเป็นฮอร์โมนที่ช่วยให้ระดับน้ำตาลในเลือดอยู่ในระดับปกติ วันหนึ่ง อาจใช้อัลตราซาวนด์เพื่อควบคุมโรคเบาหวานได้

ทำอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เพื่อสวมใส่

พบกับนักวิจัยที่กำลังก้าวข้ามขีดจำกัดของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์

การติดตามสุขภาพของคุณเป็นเรื่องง่ายเหมือนการสักชั่วคราวหรือไม่? นักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ John Rogers คิดอย่างนั้น

ในห้องทดลองของเขาที่มหาวิทยาลัยอิลลินอยส์ Champaign-Urbana โรเจอร์สและทีมของเขาออกแบบอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ไม่เหมือนร้านอื่นใน Apple Store สิ่งประดิษฐ์ของพวกเขาแทบจะดูเหมือนอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์เลย อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่เป็นกล่องที่บอบบางและบอบบางซึ่งต้องได้รับการดูแลเป็นอย่างดี สำหรับแท็บเล็ตหรือโทรศัพท์มือถือ อุบัติเหตุเล็กน้อย เช่น น้ำหก สามารถเปลี่ยนหายนะได้อย่างรวดเร็ว

แต่สิ่งประดิษฐ์จากห้องทดลองของ Rogers เป็นเหมือนสติกเกอร์ไฮเทคมากกว่า แผ่นแปะกาวเหล่านี้ ไขว้กันด้วยลวดขนาดเล็ก ติดกับผิวหนังครั้งละหลายสัปดาห์ พวกเขาสามารถเอาชีวิตรอดจากการสึกหรอของชีวิต นักวิทยาศาสตร์ได้ตั้งโปรแกรมอุปกรณ์เพื่อทำการวัดที่หลากหลายแล้ว ซึ่งรวมถึงอุณหภูมิ ความดันโลหิต และระดับความชื้นของผิวหนัง (หรือความชุ่มชื้น) Rogers กล่าวว่าเขาต้องการให้เซ็นเซอร์ของเขาดูเหมือนชิ้นส่วนของสิ่งมีชีวิตมากกว่าและไม่เหมือนกับคอมพิวเตอร์ทั่วไป

“เรากำลังขับเคลื่อนเทคโนโลยีด้วยการคิดนอกกรอบ” เขากล่าว

นักวิจัยสนใจอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ยืดหยุ่นและสวมใส่ได้จากหลากหลายสาขา Rogers เป็นนักวิทยาศาสตร์ด้านวัสดุ ซึ่งหมายความว่าเขามองหาวิธีที่ชาญฉลาดในการใช้ ทำความเข้าใจ และแม้แต่สร้างวัสดุที่ใช้ในการสร้างสิ่งต่างๆ

การพัฒนาอุปกรณ์เหล่านี้เป็นสิ่งที่น่าดึงดูดใจ โรเจอร์สกล่าว เพราะมีศักยภาพในการปรับปรุงการดูแลสุขภาพ แทนที่จะไปตรวจที่คลินิกหรือโรงพยาบาลทุกครั้ง ผู้ป่วยอาจสามารถดาวน์โหลดข้อมูลจากอุปกรณ์ที่ติดอยู่กับที่แล้วส่งไปที่โรงพยาบาลได้ เทคโนโลยีนี้มีศักยภาพในการวัดค่าที่มากขึ้นและการเดินทางไปพบแพทย์น้อยลง

ที่นี่ Rogers และนักวิจัยอีกสองคนที่ทำงานเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์แบบยืดหดได้อธิบายถึงอุปกรณ์ที่มีลักษณะเหมือนผิวหนังเหล่านี้รวมถึงอนาคตของพวกเขาที่อาจเกิดขึ้น

วิธีเก็บเกี่ยวพลังงานจากร่างกาย

เมื่อเป็นเด็กสาวที่เติบโตในตุรกี Canan Dagdeviren ได้รับหนังสือเกี่ยวกับนักวิทยาศาสตร์ Marie Curie จากพ่อของเธอ Curie เป็นผู้หญิงคนแรกที่ได้รับรางวัลโนเบล ซึ่งเป็นหนึ่งในเกียรติสูงสุดที่มอบให้กับนักวิทยาศาสตร์ (คูรีชนะสองจริงๆ)

“ฉันคิดว่าพ่อของฉันคิดว่าฉันจะได้รับแรงบันดาลใจจากเธอ” Dagdeviren ผู้ซึ่งค้นคว้าเกี่ยวกับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สวมใส่ที่มหาวิทยาลัยฮาร์วาร์ดและ MIT ทั้งในเคมบริดจ์ รัฐแมสซาชูเซตส์เล่า “แต่เมื่อฉันอ่านหนังสือ ฉันตกหลุมรักเธอ สามีเพราะเขาค้นพบเอฟเฟกต์เพียโซอิเล็กทริก”

ในช่วงปลายศตวรรษที่ 19 นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส Pierre Curie และน้องชายของเขา Jacques

ว่าคริสตัลบางชนิดทำให้เกิดประกายไฟเมื่ออยู่ภายใต้ความกดดัน ประกายไฟ หมายถึง กระแสไฟฟ้า ดังนั้นผลึกเพียโซอิเล็กทริกจึงเปลี่ยนพลังงานกลซึ่งมาจากการเคลื่อนที่เป็นไฟฟ้า นักวิทยาศาสตร์มองว่าวัสดุเพียโซอิเล็กทริกในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาเป็นแหล่งพลังงานที่มีศักยภาพสำหรับอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้

Dagdeviren สงสัยว่าวัสดุเพียโซอิเล็กทริกสามารถจับพลังงานจากการเคลื่อนไหวในร่างกายมนุษย์ แม้จะพักผ่อน ร่างกายก็ยังเคลื่อนไหวอยู่ตลอดเวลา ปอดจะขยายตัวและหดตัวเมื่อคุณหายใจ หัวใจเต้น เลือดไหลผ่านเส้นเลือดและหลอดเลือดแดงของคุณ ทั้งหมดนี้เป็นตัวอย่างของพลังงานกล หรือพลังงานที่เกี่ยวข้องกับการเคลื่อนไหว ตำแหน่ง หรือทั้งสองอย่าง

ในฐานะนักศึกษาระดับบัณฑิตศึกษา Dagdeviren ได้ศึกษากับ John Rogers ในรัฐอิลลินอยส์ เธอออกแบบอุปกรณ์ที่สามารถใช้ภายในร่างกายได้ สิ่งประดิษฐ์ของเธอเปลี่ยนการเคลื่อนไหวของปอด หัวใจ และไดอะแฟรมให้เป็นไฟฟ้า วันหนึ่งเทคโนโลยีนี้อาจให้พลังงานแก่อุปกรณ์ต่างๆ เช่น เครื่องกระตุ้นหัวใจ ซึ่งช่วยให้หัวใจเต้นตามจังหวะที่สม่ำเสมอ ปัจจุบัน เครื่องกระตุ้นหัวใจต้องการแบตเตอรี่ที่ต้องเปลี่ยนทุกๆ ห้าถึง 10 ปี ระบบของ Dagdeviren ไม่ต้องการแบตเตอรี่

“คุณสามารถสร้างพลังงาน และใช้พลังนี้เพื่อใช้งานอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ส่วนบุคคลของคุณ” เธอกล่าว

Dagdeviren ได้รับแรงบันดาลใจในการสร้างอุปกรณ์หลังจากรู้ว่าคุณปู่ของเธอเสียชีวิตจากภาวะหัวใจล้มเหลว เขาอายุเพียง 28 ปี “ฉันสัญญาว่าจะทำบางอย่างเพื่อทำงานนั้น” เธอกล่าว “นักวิทยาศาสตร์มักได้รับแรงบันดาลใจจากธรรมชาติ อย่างไรก็ตาม งานวิจัยของฉันได้รับแรงบันดาลใจจากโรคของสมาชิกในครอบครัว”

เมื่อสามปีที่แล้ว ป้าของเธอเสียชีวิตด้วยเนื้องอกในสมอง ตอนนี้ Dagdeviren กำลังสร้างเซ็นเซอร์ที่สามารถฝังในสมองเพื่อตรวจจับและบางทีอาจแก้ไขปัญหาเกี่ยวกับเซลล์ที่นั่นด้วยซ้ำ

“ฉันจำได้ว่าฉันรักป้ามากเพียงใดและช่วงเวลาที่ดีที่เราใช้ร่วมกัน ฉันไม่ต้องการให้คนอื่นได้สัมผัสกับช่วงเวลาเหล่านั้น”

อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่สวมใส่ได้และยืดหยุ่นได้ช่วยให้ตรวจสอบร่างกายได้อย่างต่อเนื่อง โดยปกติ เราจะทำการตรวจวัด เช่น อุณหภูมิหรือความดันโลหิตในช่วงเวลาหนึ่ง แต่สแนปชอตนั้นอาจไม่บอกเรื่องราวทั้งหมด หากมีคนสวมเซ็นเซอร์ แพทย์สามารถศึกษากระแสข้อมูลและค้นหารูปแบบได้

“อวัยวะและร่างกายของเราพูดกับเรา” Dagdeviren กล่าว “ฉันใช้อุปกรณ์ของฉันเพื่อทำความเข้าใจสิ่งที่พวกเขาพูด”

สามารถอัพเดตข่าวสารเรื่องราวต่างๆได้ที่ diasdetango.com