Ο Joshua Broder χρησιμοποίησε ένα φορητό ακουστικό Wii για να πιάσει μια μπάλα ping-pong μπρος-πίσω όταν η ιδέα χτύπησε. Ένας γιατρός έκτακτης ανάγκης στο ιατρικό κέντρο Duke University, χρησιμοποιεί υπερηχογράφημα για να καταλάβει τι συμβαίνει μέσα στο σώμα ενός ασθενούς και να θεραπεύει πληγές και ασθένειες. Αλλά η εικόνα που παίρνει, ενώ είναι αρκετά γρήγορη για να λειτουργεί σε πραγματικό χρόνο, είναι δύο διαστάσεων και δύσκολο να αναλυθεί.
"Ο ελεγκτής στο χέρι μου είναι πραγματικά ένα φθηνό πράγμα", σκέφτηκε. "Γιατί δεν είναι δαπανηρές ιατρικές συσκευές να μην χρησιμοποιούν αυτό το είδος τεχνολογίας χαμηλού κόστους;"
Με τη βοήθεια μηχανικών του Δούκα και του Στάνφορντ, ο Broder 3D εκτύπωσε ένα σώμα για ένα ραβδίο υπερήχων που προοριζόταν να φιλοξενήσει επιταχυνσιόμετρα και γυροσκόπια παρόμοια με αυτά που βρέθηκαν σε τηλέφωνα ή Wiimotes. Αυτές οι μικρές συσκευές, οι οποίες έχουν γίνει πανταχού παρούσα και φθηνές χάρη στην επανάσταση των smartphone, δουλεύουν μαζί για να καθορίσουν τη γωνία, τη θέση και τον προσανατολισμό του τηλεφώνου σας, ώστε να μπορείτε να παίζετε παιχνίδια, να κρατάτε την οθόνη όρθια και να χρησιμοποιείτε χειρονομίες. Συνδέεται με τη ράβδο του υπερήχου, που εκπέμπει και λαμβάνει το υπερηχογράφημα σαν ραντάρ, οι ίδιοι αισθητήρες εντοπίζουν την ακριβή του θέση. Στη συνέχεια, καθώς οι εικόνες λαμβάνονται, το λογισμικό χρησιμοποιεί αυτές τις πληροφορίες για να τις συνενώσει σε ένα τρισδιάστατο αρχείο. Η έξοδος, ενώ δεν προσεγγίζει την ποιότητα εικόνας μίας μαγνητικής τομογραφίας ή CT σάρωσης, είναι πολύ πιο κατανοητή από μια 2D εικόνα υπερήχων, η οποία μπορεί να εμφανιστεί κοκκώδης και σύγχυση.
Οι μηχανές υπερήχων που αναπτύσσει ο Broder είναι διαφορετικές από αυτές που χρησιμοποιούν οι γιατροί για να απεικονίσουν τα αγέννητα έμβρυα. Ενώ αυτά τα μηχανήματα μεγέθους καλαθιού παρέχουν εικόνες 3D, κοστίζουν εκατοντάδες χιλιάδες δολάρια και δεν είναι εξαιρετικά φορητές. Αυτό που περιγράφει ο Broder είναι ένα μικρό, 3D εκτυπωμένο συνημμένο για μια μηχανή υπερήχων μεγέθους 2 000 δολαρίων, ύψους 25 000 δολαρίων.
Ο υπερηχογράφος της Point-of-Care, στον οποίο οι γιατροί χρησιμοποιούν υπερηχογράφημα κατά τη διάρκεια μιας φυσικής εξέτασης για να ενημερωθεί περαιτέρω περίθαλψη, γίνεται όλο και πιο συνηθισμένη - μια αγορά την οποία η P & S Market Research αναμένει να αυξηθεί κατά 7% ετησίως έως το 2025-, αλλά εξακολουθεί να παραμένει ένας ανεπαρκώς χρησιμοποιημένος πόρος, λέει ο Chris Fox, διευθυντής του διδακτικού υπερηχογραφήματος στο Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια-Irvine. Διδάσκει τεχνικές υπερήχων σε γιατρούς σε μια μεγάλη ποικιλία ειδικοτήτων, από την αίθουσα έκτακτης ανάγκης έως την εσωτερική ιατρική, πώς να συλλάβει και να διαβάζει εικόνες υπερήχων. "Η ποιότητα της φροντίδας απλά βελτιώνεται όταν μπορείτε να κοιτάξετε μέσα από το δέρμα του ασθενούς στα όργανα που σας απασχολούν, εκεί ακριβώς στο σημείο της περίθαλψης, και δεν χρειάζεται να περιμένετε για μια άλλη δοκιμή να επιστρέψει", λέει ο Fox.
Μια υπερηχογραφική άποψη στην κοιλία μπορεί να πει στον γιατρό αν ο ασθενής αντιμετωπίζει π.χ. απόφραξη του εντέρου, χολόλιθο ή μπλοκαρισμένο νεφρό. Η δυσκολία στην αναπνοή μπορεί να αποδοθεί στην πνευμονία, το υγρό στο στήθος ή το υγρό γύρω από την καρδιά. Με αυτούς τους τρόπους, οι γιατροί μπορούν να χρησιμοποιήσουν υπερηχογράφημα για να καθορίσουν εάν πρέπει να σταλεί ένας ασθενής για περαιτέρω απεικόνιση ή όχι. Και χρησιμοποιούν συχνά υπερήχους για να καθοδηγήσουν την τοποθέτηση των βελόνων στη λαπαροσκοπική χειρουργική και άλλες διαδικασίες που απαιτούν την ακριβή τοποθέτηση των εργαλείων, επειδή μπορούν να δείξουν μια εικόνα σε πραγματικό χρόνο της βελόνας που εισέρχεται στον ιστό.
Αλλά εκεί 2D υπερήχων γίνεται δύσκολο? δεν μπορείτε να δείτε μεγάλο μέρος του ιστού και είναι δύσκολο να διαφοροποιήσετε τα αγγεία, τα νεύρα, τους μυς και τα οστά. "Το μόνο που βλέπουμε είναι μια φέτα και πρέπει να αποφασίσουμε τώρα, θα εξετάσουμε αυτό σε ένα διαμήκες επίπεδο ή σε ένα εγκάρσιο αεροπλάνο; Αυτό προκαλεί σύγχυση για να υποχρεωθεί σε ένα από αυτά τα δύο αεροπλάνα ", λέει ο Fox. Μια εγκάρσια όψη θα έδειχνε ότι η βελόνα έρχεται προς το θεατή και μια διαμήκης όψη θα έδειχνε ότι η βελόνα εισέρχεται από την πλευρά, αλλά σε αυτά τα δισδιάστατα επίπεδα είναι πολύ δύσκολο να προσδιοριστεί το βάθος και επομένως αν η βελόνα είναι σωστά τοποθετημένη. "Ο τρισδιάστατος υπερηχογράφος είναι πολύ πιο εύκολος να ερμηνεύσει ότι πραγματικά θα αφαιρέσει αυτό το στρώμα ανασφάλειας που νομίζω ότι πολλοί γιατροί έχουν, όταν πρόκειται να προσπαθήσουν να μάθουν υπερήχους".
Πιο απλά, ο 2D υπερήχων είναι δύσκολο να χρησιμοποιηθεί. "Είναι δύσκολο για τους ανθρώπους που δεν έχουν κάνει υπερηχογράφημα πριν να μάθουν πώς να κάνουν φωτογραφίες και να τις ερμηνεύουν", λέει ο Broder. «Θέλουμε αυτό να είναι μια τέτοια διαισθητική τεχνολογία που πολύ διαφορετικό ιατρικό προσωπικό θα μπορούσε να το χρησιμοποιήσει αμέσως με σχεδόν καμία εκπαίδευση».
Παρουσιάζοντας στο ερευνητικό φόρουμ του Αμερικανικού Κολλεγίου Ιατρών Έκτακτης Ανάγκης, ο Broder περιγράφει αυτό που βλέπει ως κύρια λειτουργία της τεχνολογίας: απεικόνιση του εγκεφάλου σε μικρά παιδιά. Τα παιδιά ηλικίας κάτω των δύο ετών έχουν μαλακά κρανία και ο υπερηχογράφος μπορεί να δει και να βοηθήσει στη διάγνωση του υδροκεφαλίου, όπου το εγκεφαλονωτιαίο υγρό προκαλεί πίεση στον εγκέφαλο. Το χρησιμοποίησε για να καταγράψει μια εικόνα του εγκεφάλου ενός παιδιού ηλικίας 7 μηνών, ενώ το μωρό κάθισε ειρηνικά στην αγκαλιά της μητέρας του. Δεν απαιτούσε ακτινοβολία, όπως CT αξονική τομογραφία, και το παιδί δεν έπρεπε να είναι ακίνητο ή ηρεμισμένο, όπως μια μαγνητική τομογραφία. Απλώς τραβούσαν το ραβδί πέρα από το κεφάλι του αγοριού, σε μια κίνηση ζωγραφικής. Σε δέκα δευτερόλεπτα έγινε.
Το λογισμικό ανοικτού κώδικα που ονομάζεται 3D Slicer καθιστά το αποτέλεσμα στην οθόνη με τρεις άξονες και ένα ρυθμιστικό που επιτρέπει στους γιατρούς να ανοίξουν την εικόνα και να δουν μια διατομή. Τεχνικά, είναι μια στοίβα 2D εικόνων - μέχρι 1.000 από αυτές - τοποθετημένες το ένα δίπλα στο άλλο, αλλά το λογισμικό μπορεί επίσης να εκτιμήσει τον όγκο των χαρακτηριστικών μέσα σε αυτά, κάτι που είναι ιδιαίτερα χρήσιμο για τη διάγνωση όγκων.
"Είναι ένα πολύ πιο δυναμικό σύνολο δεδομένων απ 'ό, τι όταν βγάζετε μια ακίνητη εικόνα", λέει ο Broder. "Σκεφτείτε την αναλογία μιας φωτογραφίας στη φωτογραφική σας μηχανή. Μόλις τραβήξετε την εικόνα, μπορείτε να παίξετε με αυτό, αλλά αν δεν σας άρεσε η γωνία από την οποία τραβήξατε την εικόνα, δεν μπορείτε να το διορθώσετε ... όταν έχετε ένα τρισδιάστατο σύνολο δεδομένων, εσείς έχουν πραγματικά πολύ έλεγχο σχετικά με τις ερωτήσεις που θέλετε να ρωτήσετε και πώς θα τους απαντήσετε. "
Ακόμα και τα πιο ακριβά μηχανήματα υπερήχων δεν προσφέρουν την ακρίβεια της απεικόνισης CT ή MRI, ούτε μπορούν να απεικονίσουν ολόκληρο το σώμα, αλλά αυτό δεν είναι το σημείο, λέει ο Broder. "Θέλουμε να ευθυγραμμιστεί το κόστος", λέει. "Υποφέρουμε στη δυτική ιατρική κάνοντας πολλά πράγματα ίσως σε μεγαλύτερο βαθμό ακρίβειας ή ακρίβειας από ό, τι χρειαζόμαστε και αυτό οδηγεί στο υψηλό κόστος. Έτσι, αυτό που θέλουμε να κάνουμε είναι ακριβώς αυτό που χρειάζεται ο ασθενής-να παρέχει το επίπεδο λεπτομέρειας που απαιτείται για την καλύτερη φροντίδα τους. "
Ως υπερηχογράφημα, η ομάδα του Broder δεν είναι η μόνη που προσπαθεί να βελτιώσει τα μηχανήματα. Ο ξεκάθαρος οδηγός ONE, που χτίστηκε από τους γιατρούς του Johns Hopkins, χρησιμοποιεί επίσης ένα εξάρτημα ραβδιού, αλλά χρησιμοποιεί ένα οπτικό σύστημα για την παρακολούθηση της εισαγωγής βελόνων, αν και περιορίζεται σε αυτή την εφαρμογή. Και, ενώ προσφέρει μόνο δισδιάστατο υπερηχογράφημα, μια συσκευή που ονομάζεται Clarius ζευγνύει ασύρματα σε ένα smartphone για να παρακάμψει τον υπολογιστή εντελώς και να οδηγήσει την τιμή κάτω κάτω από $ 10.000.
Το μικρό μέγεθος και το χαμηλό κόστος της συσκευής Broder την καθιστούν χρήσιμη σε περιοχές ανά τον κόσμο όπου είναι αδύνατο ή δεν είναι οικονομικά αποδοτικό να χρησιμοποιείτε τις μεγαλύτερες μηχανές. Η GE συμφώνησε, απονέμοντας $ 200.000 στην εναρκτήρια πρότασή της για έρευνα υπερήχων Point of Care. Όπως συμβαίνει, η συσκευή αυτή τη στιγμή βρίσκεται σε κλινικές δοκιμές και ο Broder και οι συνεργάτες του κατέχουν διεθνές δίπλωμα ευρεσιτεχνίας. Στο μέλλον, ο Broder φαντάζεται να συνδυάζει τη συσκευή με ένα EKG για να απεικονίσει σε πραγματικό χρόνο τις καρδιακές παλμοί. Εάν τα δεδομένα από το EKG ταιριάζουν με τις μεμονωμένες εικόνες που τραβήχτηκαν από το υπερηχογράφημα, μπορείτε να ταξινομήσετε τις εικόνες με βάση το πότε θα εμφανιστούν στον καρδιακό κύκλο. Αυτή η απεικόνιση "4D" θα μπορούσε να δώσει καλύτερες εικόνες της καρδιάς, καθώς αντισταθμίζει την κίνηση της ίδιας της καρδιάς, καθώς και την αναπνοή.
"Μπορούμε να κάνουμε πολλά από τα ίδια πράγματα που μπορούν να κάνουν τα ακριβά μηχανήματα 3D, αλλά με πολύ χαμηλότερο κόστος", λέει ο Broder. "Είμαστε μόνο σε αυτήν την απίστευτη στιγμή όπου οι τεχνολογίες πληροφορικής έχουν διευκολύνει πραγματικά ό, τι έχουμε κάνει".
