Patch à ultrasons portable pour la surveillance non invasive des tissus profonds

Une équipe d’ingénieurs de l’Université de Californie à San Diego a développé un réseau ultrasonique extensible capable d’imagerie en série, non invasive et tridimensionnelle de tissus aussi profonds que quatre centimètres sous la surface de la peau humaine, à une résolution spatiale de 0,5 mm . Cette nouvelle méthode offre une alternative non invasive et à plus long terme aux méthodes actuelles, avec une profondeur de pénétration améliorée.

La recherche émerge du laboratoire de Sheng Xu, professeur de nano-ingénierie à l’UC San Diego Jacobs School of Engineering et auteur correspondant de l’étude. Le papier, “Réseaux ultrasonores extensibles pour la cartographie tridimensionnelle du module des tissus profonds», est publié dans le numéro du 1er mai 2023 de Nature Génie biomédical.

“Nous avons inventé un appareil portable qui peut fréquemment évaluer la rigidité des tissus humains”, explique Hongjie Hu, chercheur postdoctoral dans le groupe Xu et co-auteur de l’étude. “En particulier, nous avons intégré un réseau d’éléments à ultrasons dans une matrice en élastomère souple et utilisé des électrodes extensibles en serpentin ondulé pour connecter ces éléments, permettant à l’appareil de se conformer à la peau humaine pour une évaluation en série de la rigidité des tissus.”

Le système de surveillance par élastographie peut fournir une cartographie en série, non invasive et tridimensionnelle des propriétés mécaniques des tissus profonds. Cela a plusieurs applications clés :

• Dans la recherche médicale, les données en série sur les tissus pathologiques peuvent fournir des informations cruciales sur la progression de maladies telles que le cancer, qui provoque normalement un raidissement des cellules.
• La surveillance des muscles, des tendons et des ligaments peut aider à diagnostiquer et à traiter les blessures sportives.
• Les traitements actuels des maladies hépatiques et cardiovasculaires, ainsi que certains agents de chimiothérapie, peuvent affecter la rigidité des tissus. L’élastographie continue pourrait aider à évaluer l’efficacité et l’administration de ces médicaments. Cela pourrait aider à créer de nouveaux traitements.

En plus de surveiller les tissus cancéreux, cette technologie peut également être appliquée dans d’autres scénarios :

• Surveillance de la fibrose et de la cirrhose du foie. En utilisant cette technologie pour évaluer la gravité de la fibrose hépatique, les professionnels de la santé peuvent suivre avec précision la progression de la maladie et déterminer le traitement le plus approprié.
• Évaluer les troubles musculo-squelettiques tels que la tendinite, le coude de tennis et le syndrome du canal carpien. En surveillant les changements dans la rigidité des tissus, cette technologie peut fournir des informations précieuses sur la progression de ces conditions, permettant aux médecins de développer des plans de traitement individualisés pour leurs patients.
• Diagnostic et surveillance de l’ischémie myocardique. En surveillant l’élasticité de la paroi artérielle, les médecins peuvent identifier les premiers signes de la maladie et intervenir en temps opportun pour prévenir d’autres dommages.

Les patchs à ultrasons portables remplissent la fonction de détection des ultrasons traditionnels et dépassent également les limites de la technologie des ultrasons traditionnels, tels que les tests ponctuels, les tests uniquement dans les hôpitaux et la nécessité d’une intervention du personnel.

“Cela permet aux patients de surveiller en permanence leur état de santé à tout moment, n’importe où”, a déclaré Hu.

Cela pourrait aider à réduire les diagnostics erronés et les décès, ainsi qu’à réduire considérablement les coûts en offrant une alternative non invasive et peu coûteuse aux procédures de diagnostic traditionnelles.

“Cette nouvelle vague de technologie à ultrasons portable entraîne une transformation dans le domaine de la surveillance des soins de santé, améliorant les résultats des patients, réduisant les coûts des soins de santé et favorisant l’adoption généralisée du diagnostic au point de service”, a déclaré Yuxiang Ma, un étudiant invité du groupe Xu. et co-auteur de l’étude. “Alors que cette technologie continue de se développer, il est probable que nous verrons des avancées encore plus importantes dans le domaine de l’imagerie médicale et de la surveillance des soins de santé.”

Le réseau se conforme à la peau humaine et se couple acoustiquement avec elle, permettant une imagerie élastographique précise validée avec l’élastographie par résonance magnétique.

Lors des tests, l’appareil a été utilisé pour cartographier les distributions tridimensionnelles du module de Young des tissus ex vivo, pour détecter les dommages microstructuraux dans les muscles des volontaires avant l’apparition de la douleur et pour surveiller le processus de récupération dynamique des blessures musculaires pendant la physiothérapie.

L’appareil se compose d’un réseau 16 par 16. Chaque élément est composé d’un élément composite 1-3 et d’une couche de support en composite argent-époxy conçu pour absorber les vibrations excessives, en élargissant la bande passante et en améliorant la résolution axiale.

Le professeur Xu commercialise maintenant cette technologie via Softsonics LLC.