Innovatives Ultraschallpflaster ermöglicht 48 Stunden lang die Überwachung des Körpers

Die Ultraschalluntersuchung (USG) ist eine sichere, nicht-invasive Methode, mit der ein Arzt wertvolle Informationen über die inneren Organe eines Patienten gewinnen kann. Allerdings erfordert sie derzeit den Einsatz großer, sperriger und teurer Geräte, die nur in Arztpraxen erhältlich sind. Ingenieure am MIT haben ein Miniatur- Ultraschallsystementwickelt, das wie ein Pflaster auf die Haut geklebt werden kann und 48 Stunden lang Bilder liefert.

Versuche an Freiwilligen haben gezeigt, dass das Gerät gut auf der Haut haftet und Bilder von großen Blutgefäßen und tieferen Organen in guter Qualität liefert. Außerdem war es möglich, die Veränderungen der Organe bei verschiedenen Aktivitäten aufzuzeichnen, wenn die Probanden saßen, standen, liefen oder Rad fuhren.

In diesem Stadium benötigt der Prototyp eine kabelgebundene Verbindung zu einem Gerät, das die reflektierten Wellen in Bilder umwandelt. Wie uns die Entwickler versichern, könnte es jedoch bereits jetzt nützlich sein. So könnte es beispielsweise in einem Krankenhaus zur kontinuierlichen Überwachung eines Patienten eingesetzt werden, ohne dass ein Arzt die Untersuchung durchführen muss.

 Bild Quelle: MIT ; Quelle

Derzeit wird daran gearbeitet, die Patches mit drahtlosen Verbindungen auszustatten. Solche Ultraschallpflaster könnten dann in der Arztpraxis oder sogar zu Hause angebracht werden und Daten beispielsweise an das Telefon des Patienten senden, von wo aus das Bild weiter übertragen oder in Echtzeit durch Algorithmen der künstlichen Intelligenz analysiert werden könnte. Wir glauben, dass wir eine neue Ära der mobilen Bildgebung eingeleitet haben. Mit nur wenigen Pflastern wird es möglich sein, die inneren Organe eines Menschen zu beobachten, sagt der Hauptautor der Studie, MIT-Ingenieurprofessor Xuanhe Zhao.

Bisher war es nicht möglich, ein Gerät zu entwickeln, das eine qualitativ hochwertige Langzeit-Ultraschallüberwachung ermöglicht. Ein tragbares Ultraschallbildgebungsgerät hätte ein enormes Potenzial für die Diagnostik. Derzeitige Ultraschallpflaster liefern jedoch nur Bilder mit relativ geringer Auflösung und können keine tief liegenden Organe abbilden, sagt Chonghe Wang vom MIT.

Den Forschern aus Massachusetts ist es gelungen, eine flexible Klebstoffschicht mit einer starren Wandleranordnung zu kombinieren. Dadurch konnte das Gerät auf der Haut platziert werden, wobei die Position der Schallköpfe zueinander für eine bessere Bildgebung beibehalten wurde. Bei bisher verwendeten Lösungen ähnlicher Art sind die Wandleranordnungen flexibel, wodurch sich die Position der Wandler zueinander ändert, was zu einer Bilddeformation und einer geringeren Auflösung führt.

Das selbstklebende Element der Vorrichtung besteht aus zwei Elastomerschichten, zwischen denen ein elastisches, dehnbares Gel eingekapselt ist. Das Elastomer schützt das Gel vor dem Austrocknen, erklärt Xiaoyu Chen, Mitautor des Geräts. Die untere Elastomerschicht ist selbstklebend, die obere Schicht beherbergt die Messwertaufnehmer. Das gesamte Gerät hat eine Oberfläche von etwa 2 cm2 und eine Dicke von 3 mm.

Bei Tests an Freiwilligen haftete das tragbare Ultraschallgerät 48 Stunden lang gut auf der Haut und lieferte gute Bilder, während die Testpersonen saßen, standen, auf einem mechanischen Laufband liefen, ein stationäres Fahrrad fuhren und Gewichte hoben. So konnten die Forscher beispielsweise den Unterschied im Blutgefäßdurchmesser zwischen einer sitzenden und einer stehenden Versuchsperson beobachten. Die Scheiben zeichneten Veränderungen in der Form des Herzens bei Bewegung oder Veränderungen im Magen bei Getränken auf. Und wenn die Teilnehmer Gewichte hoben, entdeckte der Ultraschall helle Spuren in den Muskeln, die auf ein vorübergehendes Mikrotrauma hinwiesen. So können wir beispielsweise den Moment erkennen, in dem eine Übung zu einer Überlastung der Muskeln führt, und diese stoppen, erklärt Chen.

Ziel der Forscher ist es nun, eine kabellose Version des Ultraschallpflasters zu entwickeln, die in der Arztpraxis oder zu Hause verwendet werden kann, um nicht nur Organe zu überwachen, sondern zum Beispiel auch den Verlauf von Krebstumoren oder die Entwicklung eines Fötus zu beobachten.