لحل العديد من المشكلات.. موجات فوق صوتية قابلة للارتداء
تطرأ تطورات متسارعة في مجال التكنولوجيا القابلة للارتداء للأغراض الطبية، بخاصة بعد نجاح مهندسون من جامعة كاليفورنيا في تطوير نظام الموجات فوق الصوتية اللاسلكية على رقعة يمكنها مراقبة العلامات الحيوية باستمرار في الوقت الفعلي، حتى عندما يتحرك المريض، بحسب ما نشره موقع "New Atlas" نقلًا عن دورية Nature Biotechnology.
تستخدم الموجات فوق الصوتية موجات صوتية عالية التردد لتكوين صورة لهياكل الجسم الداخلية مثل أعضاء البطن والعضلات والأوتار أو القلب والأوعية الدموية. بالمقارنة مع طرق التصوير الطبي الأخرى مثل التصوير بالرنين المغناطيسي MRI والتصوير المقطعي المحوسب CT، تعتبر تقنية السونار أكثر أمانًا وأقل تكلفة وأكثر تنوعًا.
تخطي عقبات السونار
إن هناك قيودا تجعل الموجات فوق الصوتية غير عملية في بعض الحالات، حيث غالبًا ما تكون المجسات المستخدمة للحصول على الصور ضخمة وموصولة بأسلاك إلى أجهزة كبيرة. يجب وضع المجسات يدويًا ومناورتها في الموضع الصحيح، وهو الأمر الذي يتطلب أن يكون جسم المريض ثابتًا بلا حراك. كما أنه يُطلب من المهنيين الطبيين المتخصصين تفسير صور الموجات فوق الصوتية. لكنها يمكن أن تصبح قريبًا عقبات سابقة في الماضي بعد تطوير الموجات فوق الصوتية اللاسلكية القابلة للارتداء.
حل كامل للمشكلات السابقة
تم تصميم نظام الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء المتكامل لكي يمكنه بشكل تام مراقبة الأنسجة العميقة دون الحاجة إلى ربط المريض بجهاز ضخم.
قال مويانغ لين، باحث رئيسي مشارك في الدراسة: "يقدم هذا المشروع حلاً كاملاً لتقنية الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء، فلا يقتصر الأمر على مجرد المستشعرات والمجسات القابلة للارتداء، ولكن أيضًا أجهزة التحكم الإلكترونية المصنوعة بطريقة تجعل من السهل ارتداؤها بل والتنقل أثناء ارتدائها مع إمكانية استشعار العلامات الحيوية للأنسجة العميقة لاسلكيًا."
دائرة تحكم مرنة
يعمل نظام الموجات فوق الصوتية للتصحيح USoP على تحسين مستشعر الموجات فوق الصوتية السابق الذي سبق أن ابتكره فريق الباحثين، والذي كان يتطلب استخدام كابلات للطاقة ولتمكين نقل البيانات. يحتوي نظام UsoP الجديد على دائرة تحكم مرنة مصغرة تتفاعل مع مجموعة محول طاقة بالموجات فوق الصوتية تجمع البيانات وتنقلها لاسلكيًا إلى تطبيق هاتف ذكي. يتم تشغيل الدائرة بواسطة بطارية ليثيوم بوليمر تجارية.
بعمق 164 ملم لمدة 12 ساعة
بعد اختبار الجهاز، تبين لفريق المهندسين أن هناك إمكانية أخذ قراءات الأنسجة المستمرة حتى عمق 6.5 بوصات (164 ملم) لمدة تصل إلى 12 ساعة، مما يعني أنه يمكنه مراقبة أشياء مهمة مثل ضغط الدم ومعدل ضربات القلب والناتج القلبي.
استخدامات متنوعة
قال بروفيسور لين: "تتمتع التكنولوجيا [المبتكرة] بإمكانيات كبيرة لإنقاذ الأرواح وتحسينها"، حيث يستطيع المستشعر تقييم وظيفة القلب والأوعية الدموية أثناء الحركة. وتعتبر القيم غير الطبيعية لضغط الدم والناتج القلبي، أثناء الراحة أو أثناء التمرين، من السمات المميزة لفشل القلب. بالنسبة للأشخاص الأصحاء، يمكن استخدام الجهاز لقياس استجابة القلب والأوعية الدموية للتمرين في الوقت الفعلي، وبالتالي توفير رؤى حول كثافة التمرين الفعلية التي يمارسها كل شخص، والتي يمكن أن توجه صياغة خطط التدريب الشخصية. "
التعلم الآلي
تعد خوارزمية التعلم الآلي مفتاحًا لقدرة USoP على مراقبة هدف متحرك بشكل مستقل ومستمر. يحتاج المستشعر عادة إلى إعادة ضبطه يدويًا مع الحركة للتأكد من أنه يراقب الأنسجة المستهدفة. لكن قام فريق الباحثين بتعديل الخوارزمية لتحليل الإشارات الواردة تلقائيًا واختيار القناة الأكثر ملاءمة لتتبع الأنسجة المستهدفة. يشير الباحثون، على حد قولهم، إلى أن الجهاز المبتكر هو الأول من نوعه الذي يمكن ارتداؤه لتتبع هدف متحرك بشكل مستقل.
متسقة وموثوقة
كما تعني خوارزمية التكيف المتقدمة أنه يمكن تدريب USoP على احتياجات مريض واحد ثم يمكن نقله إلى شخص آخر - أو العديد من الأشخاص الآخرين - مع الحد الأدنى من الحاجة إلى إعادة التدريب، بما يضمن أن البيانات التي تم جمعها متسقة وموثوقة.
خوارزمية تكيف متقدمة
قال زيانغ تشانغ، الباحث الرئيسي المشارك في الدراسة: "في نهاية المطاف تم التمكن من تعميم نموذج تعلم آلي يعمل من خلال تطبيق خوارزمية تكيف متقدمة، مما يمكن أن يقلل تلقائيًا من اختلافات توزيع المجال بين مرضى مختلفين، وبما يعني أنه يمكن نقل ذكاء الآلة من شخص إلى آخر. ويمكن تدريب الخوارزمية على شخص واحد وتطبيقها على العديد من الأشخاص الجدد الآخرين بأقل قدر من إعادة التدريب ".
تجارب سريرية على نطاق أوسع
يخطط الباحثون للبدء في إجراء تجارب سريرية على نطاق أوسع، حيث أوضح شياوشيانغ جاو، الباحث الأول المشارك في الدراسة، أنه "حتى الآن، تم التحقق من صحة أداء الجهاز فقط على مجموعة صغيرة ولكن متنوعة من الأشخاص".
تستخدم الموجات فوق الصوتية موجات صوتية عالية التردد لتكوين صورة لهياكل الجسم الداخلية مثل أعضاء البطن والعضلات والأوتار أو القلب والأوعية الدموية. بالمقارنة مع طرق التصوير الطبي الأخرى مثل التصوير بالرنين المغناطيسي MRI والتصوير المقطعي المحوسب CT، تعتبر تقنية السونار أكثر أمانًا وأقل تكلفة وأكثر تنوعًا.
تخطي عقبات السونار
إن هناك قيودا تجعل الموجات فوق الصوتية غير عملية في بعض الحالات، حيث غالبًا ما تكون المجسات المستخدمة للحصول على الصور ضخمة وموصولة بأسلاك إلى أجهزة كبيرة. يجب وضع المجسات يدويًا ومناورتها في الموضع الصحيح، وهو الأمر الذي يتطلب أن يكون جسم المريض ثابتًا بلا حراك. كما أنه يُطلب من المهنيين الطبيين المتخصصين تفسير صور الموجات فوق الصوتية. لكنها يمكن أن تصبح قريبًا عقبات سابقة في الماضي بعد تطوير الموجات فوق الصوتية اللاسلكية القابلة للارتداء.
حل كامل للمشكلات السابقة
تم تصميم نظام الموجات فوق الصوتية القابل للارتداء المتكامل لكي يمكنه بشكل تام مراقبة الأنسجة العميقة دون الحاجة إلى ربط المريض بجهاز ضخم.
قال مويانغ لين، باحث رئيسي مشارك في الدراسة: "يقدم هذا المشروع حلاً كاملاً لتقنية الموجات فوق الصوتية القابلة للارتداء، فلا يقتصر الأمر على مجرد المستشعرات والمجسات القابلة للارتداء، ولكن أيضًا أجهزة التحكم الإلكترونية المصنوعة بطريقة تجعل من السهل ارتداؤها بل والتنقل أثناء ارتدائها مع إمكانية استشعار العلامات الحيوية للأنسجة العميقة لاسلكيًا."
دائرة تحكم مرنة
يعمل نظام الموجات فوق الصوتية للتصحيح USoP على تحسين مستشعر الموجات فوق الصوتية السابق الذي سبق أن ابتكره فريق الباحثين، والذي كان يتطلب استخدام كابلات للطاقة ولتمكين نقل البيانات. يحتوي نظام UsoP الجديد على دائرة تحكم مرنة مصغرة تتفاعل مع مجموعة محول طاقة بالموجات فوق الصوتية تجمع البيانات وتنقلها لاسلكيًا إلى تطبيق هاتف ذكي. يتم تشغيل الدائرة بواسطة بطارية ليثيوم بوليمر تجارية.
بعمق 164 ملم لمدة 12 ساعة
بعد اختبار الجهاز، تبين لفريق المهندسين أن هناك إمكانية أخذ قراءات الأنسجة المستمرة حتى عمق 6.5 بوصات (164 ملم) لمدة تصل إلى 12 ساعة، مما يعني أنه يمكنه مراقبة أشياء مهمة مثل ضغط الدم ومعدل ضربات القلب والناتج القلبي.
استخدامات متنوعة
قال بروفيسور لين: "تتمتع التكنولوجيا [المبتكرة] بإمكانيات كبيرة لإنقاذ الأرواح وتحسينها"، حيث يستطيع المستشعر تقييم وظيفة القلب والأوعية الدموية أثناء الحركة. وتعتبر القيم غير الطبيعية لضغط الدم والناتج القلبي، أثناء الراحة أو أثناء التمرين، من السمات المميزة لفشل القلب. بالنسبة للأشخاص الأصحاء، يمكن استخدام الجهاز لقياس استجابة القلب والأوعية الدموية للتمرين في الوقت الفعلي، وبالتالي توفير رؤى حول كثافة التمرين الفعلية التي يمارسها كل شخص، والتي يمكن أن توجه صياغة خطط التدريب الشخصية. "
التعلم الآلي
تعد خوارزمية التعلم الآلي مفتاحًا لقدرة USoP على مراقبة هدف متحرك بشكل مستقل ومستمر. يحتاج المستشعر عادة إلى إعادة ضبطه يدويًا مع الحركة للتأكد من أنه يراقب الأنسجة المستهدفة. لكن قام فريق الباحثين بتعديل الخوارزمية لتحليل الإشارات الواردة تلقائيًا واختيار القناة الأكثر ملاءمة لتتبع الأنسجة المستهدفة. يشير الباحثون، على حد قولهم، إلى أن الجهاز المبتكر هو الأول من نوعه الذي يمكن ارتداؤه لتتبع هدف متحرك بشكل مستقل.
متسقة وموثوقة
كما تعني خوارزمية التكيف المتقدمة أنه يمكن تدريب USoP على احتياجات مريض واحد ثم يمكن نقله إلى شخص آخر - أو العديد من الأشخاص الآخرين - مع الحد الأدنى من الحاجة إلى إعادة التدريب، بما يضمن أن البيانات التي تم جمعها متسقة وموثوقة.
خوارزمية تكيف متقدمة
قال زيانغ تشانغ، الباحث الرئيسي المشارك في الدراسة: "في نهاية المطاف تم التمكن من تعميم نموذج تعلم آلي يعمل من خلال تطبيق خوارزمية تكيف متقدمة، مما يمكن أن يقلل تلقائيًا من اختلافات توزيع المجال بين مرضى مختلفين، وبما يعني أنه يمكن نقل ذكاء الآلة من شخص إلى آخر. ويمكن تدريب الخوارزمية على شخص واحد وتطبيقها على العديد من الأشخاص الجدد الآخرين بأقل قدر من إعادة التدريب ".
تجارب سريرية على نطاق أوسع
يخطط الباحثون للبدء في إجراء تجارب سريرية على نطاق أوسع، حيث أوضح شياوشيانغ جاو، الباحث الأول المشارك في الدراسة، أنه "حتى الآن، تم التحقق من صحة أداء الجهاز فقط على مجموعة صغيرة ولكن متنوعة من الأشخاص".
