Gli ingegneri dell’Università della California a San Diego hanno sviluppato un cerotto ecografico indossabile in grado di offrire un monitoraggio continuo e non invasivo del flusso sanguigno nel cervello. Il cerotto morbido ed elastico può essere comodamente indossato sulla tempia per fornire dati tridimensionali sul flusso sanguigno cerebrale: una novità assoluta nella tecnologia indossabile.
Un team di ricercatori guidati da Sheng Xu, professore presso il Dipartimento di chimica e nanoingegneria della famiglia Aiiso Yufeng Li presso la Jacobs School of Engineering della UC San Diego, ha presentato la sua nuova tecnologia recentemente sulla rivista Nature.
La capacità di monitoraggio continuo
Il cerotto ecografico indossabile segna un salto significativo rispetto all’attuale standard clinico, chiamato ecografia Doppler transcranica. Questo metodo richiede che un tecnico esperto tenga una sonda ecografica contro la testa del paziente. Il processo ha però i suoi svantaggi. Dipende dall’operatore, quindi la precisione della misurazione può variare in base all’abilità dell’operatore. È anche poco pratico per un uso a lungo termine.
Il team di Xu ha sviluppato un dispositivo che supera questi ostacoli. Il loro cerotto ecografico indossabile offre una soluzione a mani libere, coerente e confortevole che può essere indossata continuamente durante la degenza ospedaliera del paziente.
“La capacità di monitoraggio continuo del cerotto colma una lacuna critica nelle attuali pratiche cliniche”, ha affermato il co-primo autore dello studio Sai Zhou, dottore in scienza dei materiali e ingegneria. “In genere, il flusso sanguigno cerebrale viene monitorato in orari specifici ogni giorno e tali misurazioni non riflettono necessariamente ciò che può accadere durante il resto della giornata. Possono verificarsi fluttuazioni non rilevate tra le misurazioni. Se un paziente sta per avere un ictus nel cuore della notte, questo dispositivo potrebbe offrire informazioni cruciali per un intervento tempestivo”.
Una serie di piccoli trasduttori piezoelettrici
Anche i pazienti che si stanno sottoponendo e stanno riprendendo da un intervento chirurgico al cervello possono trarre vantaggio da questa tecnologia, ha osservato Geonho Park, un dottorato di ricerca in chimica e nanoingegneria.
Il cerotto, grande all’incirca quanto un francobollo, è costituito da un elastomero siliconico incorporato con diversi strati di componenti elettronici elastici. Uno strato è costituito da una serie di piccoli trasduttori piezoelettrici, che producono onde ultrasoniche quando stimolati elettricamente e ricevono onde ultrasoniche riflesse dal cervello.
Un altro componente chiave è uno strato di rete di rame, costituito da fili a forma di molla, che migliora la qualità del segnale riducendo al minimo le interferenze provenienti dal corpo e dall’ambiente di chi lo indossa. Il resto degli strati è costituito da elettrodi estensibili.
Durante l’uso, il cerotto è collegato tramite cavi a una fonte di alimentazione e a un computer. Per ottenere il monitoraggio 3D, i ricercatori hanno integrato nel sistema l’imaging a ultrasuoni ultraveloce. A differenza degli ultrasuoni standard, che catturano circa 30 immagini al secondo, l’imaging ultraveloce cattura migliaia di immagini al secondo. Questo frame rate elevato è necessario per raccogliere dati affidabili dai trasduttori piezoelettrici nel patch, che altrimenti soffrirebbero di una bassa intensità del segnale a causa della forte riflessione dhttps://youtu.be/u3YuLG0y8XYel cranio.
I dati vengono quindi post-elaborati utilizzando algoritmi personalizzati per ricostruire informazioni 3D come la dimensione, l’angolo e la posizione delle principali arterie del cervello.
Misurazioni correlate a quelle di una sonda ecografica convenzionale
“Il sistema vascolare cerebrale è una struttura complessa con molteplici vasi ramificati. È necessario un dispositivo in grado di catturare queste informazioni tridimensionali per avere un quadro completo e ottenere misurazioni più accurate”, ha affermato Xinyi Yang, un altro co-autore di questo studio e dottore di ricerca in scienza e ingegneria dei materiali.
In questo studio, il cerotto è stato testato su 36 volontari sani per la sua capacità di misurare le velocità del flusso sanguigno (velocità di picco sistolico, flusso medio e velocità diastolica finale) nelle principali arterie del cervello. I partecipanti sono stati impegnati in attività che influenzano il flusso sanguigno, come prendere le mani, trattenere il respiro e leggere. Le misurazioni del cerotto corrispondevano strettamente a quelle ottenute con una sonda ecografica convenzionale.
In futuro i ricercatori intendono collaborare con i medici della Scuola di Medicina della UC San Diego per testare il cerotto su pazienti con condizioni neurologiche che influiscono sul flusso sanguigno cerebrale. Xu ha co-fondato una startup chiamata Softsonics per commercializzare questa tecnologia.
