움직이는 피사체에 대한 무선 초음파 모니터링의 비약적인 발전

캘리포니아 대학교 샌디에고 캠퍼스의 엔지니어 팀은 이동 중인 피험자를 포함하여 심부 조직 모니터링을 위한 최초의 완전 통합형 웨어러블 초음파 시스템을 개발했습니다. 이는 잠재적으로 생명을 구할 수 있는 심혈관 모니터링을 촉진하고 세계 최고의 웨어러블 초음파 연구실 중 하나에 획기적인 발전을 가져옵니다. "움직이는 피험자의 심부 조직을 모니터링하기 위한 완전히 통합된 웨어러블 초음파 시스템"이라는 논문은 Nature Biotechnology 2023년 5월 22일호에 게재되었습니다.

"이 프로젝트는 웨어러블 초음파 기술에 완벽한 솔루션을 제공합니다. 웨어러블 센서뿐만 아니라 제어 전자 장치도 웨어러블 폼 팩터로 만들어집니다."라고 Muyang Lin 박사는 말했습니다. UC San Diego 나노공학과의 후보자이자 해당 연구의 첫 번째 저자입니다. "우리는 심부 조직 활력 징후를 무선으로 감지할 수 있는 진정한 웨어러블 장치를 만들었습니다."

심부 조직 모니터링을 위한 웨어러블 초음파 시스템 온 패치입니다. 사진: UC San Diego Jacobs School of Engineering의 Muyang Lin 풀 사이즈 갤러리.

이 연구는 UC San Diego Jacobs 공과대학의 나노공학 교수이자 해당 연구의 교신저자인 Sheng Xu 연구실에서 나왔습니다.

완전히 통합된 자율 웨어러블 초음파 패치 시스템(USoP)은 소프트 초음파 센서 설계에 대한 연구실의 이전 작업을 기반으로 합니다. 그러나 이전의 연성 초음파 센서는 모두 데이터 및 전력 전송을 위해 테더링 케이블을 필요로 하여 사용자의 이동성을 크게 제한했습니다. 이 작업에는 무선으로 데이터를 수집하고 전송하기 위해 초음파 변환기 어레이와 통신하는 작고 유연한 제어 회로가 포함됩니다. 기계 학습 구성 요소는 데이터를 해석하고 움직이는 피사체를 추적하는 데 도움이 됩니다.

연구실의 연구 결과에 따르면 초음파 시스템 온 패치를 사용하면 최대 164mm 깊이의 조직에서 생리학적 신호를 지속적으로 추적할 수 있으며, 한 번에 최대 12시간 동안 중심 혈압, 심박수, 심박출량 및 기타 생리학적 신호를 지속적으로 측정할 수 있습니다. 시간.

“이 기술은 생명을 구하고 개선할 수 있는 많은 잠재력을 가지고 있습니다.”라고 Lin은 말했습니다. “센서는 움직이는 심혈관 기능을 평가할 수 있습니다. 휴식 중이나 운동 중 혈압과 심박출량의 비정상적인 수치는 심부전의 특징입니다. 건강한 인구의 경우, 우리 장치는 운동에 대한 심혈관 반응을 실시간으로 측정할 수 있으므로 각 개인이 가하는 실제 운동 강도에 대한 통찰력을 제공하여 맞춤형 훈련 계획 수립을 안내할 수 있습니다."

초음파 시스템 온 패치는 또한 인터넷에 연결된 의료 기기 네트워크를 가리키는 용어인 IoMT(의료 사물 인터넷) 개발의 획기적인 발전을 나타내며 생리학적 신호를 컴퓨팅, 분석 및 전문적인 작업을 위해 클라우드로 무선 전송합니다. 진단.

지난 수십 년 동안 기술 발전과 임상의들의 노고 덕분에 초음파는 지속적인 관심을 불러일으켰고, Xu 연구실은 특히 웨어러블 초음파 분야의 초기 및 지속적인 리더로서 첫 번째 호흡에서 종종 언급되는 경우가 많습니다. . 이 연구실에서는 고정식 및 휴대형 장치를 가져와 신축성 있고 착용 가능하도록 만들어 의료 모니터링 환경 전반에 걸쳐 변화를 주도했습니다. 그 강점은 부분적으로 임상의와의 긴밀한 협력에 있습니다. “우리는 엔지니어이지만 임상의가 직면하는 의학적 문제를 알고 있습니다.”라고 Lin은 말했습니다. “우리는 임상 협력자들과 긴밀한 관계를 유지하고 있으며 항상 그들로부터 귀중한 피드백을 받습니다. 이 새로운 웨어러블 초음파 기술은 임상 실습에서 많은 생체 신호 모니터링 문제를 해결할 수 있는 독특한 솔루션입니다.”

최신 혁신 기술을 개발하는 동안 팀은 처음에 예상했던 것보다 더 많은 기능을 갖추고 있다는 사실에 놀랐습니다.

“이 프로젝트 초기에 우리는 무선 혈압 센서를 구축하는 것을 목표로 삼았습니다.”라고 Lin은 말했습니다. “나중에 우리는 회로를 만들고, 알고리즘을 설계하고, 임상적 통찰력을 수집하면서 이 시스템이 혈압보다 심박출량, 동맥 경직, 호기량 등과 같은 훨씬 더 중요한 생리학적 매개변수를 측정할 수 있다는 것을 알아냈습니다. 이는 일상적인 건강 관리나 병원 내 모니터링에 필수적인 매개변수입니다.”