Visā pasaulē neiromuskulāri traucējumi ir galvenais slimību un invaliditātes cēlonis. In situ muskuļu audu struktūras un funkciju uzraudzība reāllaikā ir būtisks rīks neiromuskulāro slimību diagnosticēšanai un rehabilitācijai. Tomēr tradicionālās valkājamās uzraudzības sistēmas cīnās, lai sasniegtu šo mērķi. Parastajām cietajām ultraskaņas ierīcēm ir nepieciešams ārējs spēks, lai zondi noturētu pret ādu. Lai gan tas samazina iekšējo orgānu attēlveidošanu, tas izraisa muskuļu deformāciju un cenšas pielāgoties līdz pat 40% deformācijas, kas rodas dinamiskas muskuļu kustības laikā, radot izaicinājumu novērtēt slimības cēloni un gaitu.
Nesen pētnieki Liu Zhiyuan, Ma Teng un Tian Qiong no Ķīnas Zinātņu akadēmijas (CAS) Šeņdžeņas progresīvo tehnoloģiju institūta (SIAT) kopā ar profesoru Janu Veju no Donghua universitātes ir kopīgi izstrādājuši elastīgu ielāpu šīs novatoriskās dinamiskās neiromuskulārās sistēmas divējādam{0}}modālai strukturālai un funkcionālai uzraudzībai. Tostarp pētnieks Ma Teng koncentrējās uz elastīgu ultraskaņas ielāpu un daudzfunkcionālu attēlveidošanas tehnoloģiju izpēti, un pētnieks Liu Zhiyuan bija apņēmies pētīt un attīstīt stiepjamu elektrodu saskarnes materiālus un ierīču struktūras. Saistītie rezultāti tika publicēti "Science Advances" ar nosaukumu "In situ strukturāla{3}}funkcionāla dinamiskas neiromuskulārās sistēmas sinhronā sadalīšana, izmantojot integrētu multimodālu valkājamu plāksteri".
Valkājams sensoru ielāps vienlaicīgai strukturālās un funkcionālās informācijas uzraudzībai
Šajā pētījumā izstrādātā valkājamā struktūra Functional Dual{0}}Modal Sensing Patch (WSFP) integrē elastīgu ultraskaņas attēlveidošanas masīvu ar mīkstiem, elastīgiem elektrodiem un ietver novatorisku deformējamu bufera slāni. Tas ne tikai nodrošina augstas precizitātes{2}}muskuļu struktūras attēlveidošanu, bet arī vienlaikus uztver dinamiskus muskuļu elektrofizioloģiskos (EMG) signālus, patiesi panākot fizioloģiskās struktūras un funkcijas dubulto{3}}modālu uzraudzību. Tas darbojas īpaši labi ar līdz 72 stundu nodilumu un dinamiskām ādas deformācijām līdz 37,5%.
Klīniskais pielietojums: iedzimta muskuļu tortikollisa (CMT) diagnostika bērniem
Iedzimtu muskuļu torticollis (CMT) bērniem raksturo strukturālas un funkcionālas izmaiņas sternocleidomastoid muskulī (SCM) attīstības laikā, kam var būt ilgstoša un pat mūža garumā negatīva ietekme uz bērna stāju, kakla darbību un dzīves kvalitāti. Slimībai progresējot, skartajā muskulī kustību laikā parādās izliekšanās, izplūdušas malas, fibroze un sabiezējums, un EMG topogrāfija atklāj zemu un asimetrisku muskuļu aktivāciju. Salīdzinot ar tradicionālo viena -modālo uzraudzību, WSFP bimodālo datu klasifikācijas precizitāte kustības atpazīšanā un slimību skrīningā ir vairāk nekā 90%, tādējādi pārbaudot sinhronas bimodālo signālu iegūšanas efektivitāti, lai diagnosticētu un izprastu CMT patoloģiskos mehānismus. Paredzēts, ka to izmantos agrīnai muskuļu fibrozes noteikšanai un pavērs jaunus virzienus šādu slimību klīniskajai diagnostikai un rehabilitācijai.
Lietojumprogrammu paplašināšana: no dubultās-modalitātes uz vairāku-modalitāti
WSFP ir liels potenciāls sportistu muskuļu treniņu uzraudzībā un neirodeģeneratīvo slimību (piemēram, ALS un pēc{0}}insulta muskuļu disfunkcijas) dinamiskas struktūras attēlveidošanas novērtēšanā. Turklāt biomedicīnas ultraskaņas mehāniskā mehāniskā iedarbība var paātrināt zāļu iekļūšanu, nodrošināt muskuļu stimulāciju un nodrošināt neinvazīvu mērķtiecīgu zāļu piegādi. Nākotnes optiskās attēlveidošanas, biomehānisko signālu un citu sensoru tehnoloģiju integrācija nodrošinās klīnicistiem bagātīgāku diagnostikas informāciju.
Sadarbība un nākotnes perspektīvas
Šeņdžeņas Uzlaboto tehnoloģiju institūta (SIAT) izstrādātais elastīgais ultraskaņas un elektrofizioloģiskās sensora plāksteris ir panācis divējādu{0}}modālu muskuļu struktūras un funkciju vienlaicīgu iegūšanu. Tomēr elektromiogrāfijas un ultraskaņas iekārtas pašlaik ir neatkarīgas un apjomīgas. Nākotnē institūts plāno sadarboties ar vairākām pusēm, lai veicinātu aprīkojuma miniaturizāciju un integrāciju, izmantojot aparatūras optimizāciju un specializētu mikroshēmu izstrādi. Institūts arī atjauninās plāksteri, lai integrētu multimodālās enerģijas funkcijas, lai izstrādātu integrētus diagnostikas un ārstēšanas produktus, izpētītu vismodernākās lietojumprogrammas, piemēram, valkājamas ultraskaņas{5}}vadāmu šūnu terapiju, un attīstītu šo tehnoloģiju no laboratorijas uz klīniku, uzlabojot diagnostikas un ārstēšanas efektivitāti un precizitāti, kā arī sniedzot ieguldījumu medicīnas tehnoloģiju attīstībā.