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Uma equipe de engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveu o primeiro sistema de ultrassom vestível totalmente integrado para monitoramento de tecidos profundos, inclusive para indivíduos em movimento. Ele facilita o monitoramento cardiovascular potencialmente salva-vidas e marca um grande avanço para um dos principais laboratórios de ultrassom vestíveis do mundo. O artigo “Um sistema de ultrassom vestível totalmente integrado para monitorar tecidos profundos em assuntos em movimento” foi publicado na edição de 22 de maio de 2023 da Natureza Biotecnologia.
“Este projeto oferece uma solução completa para a tecnologia de ultrassom vestível – não apenas o sensor vestível, mas também os componentes eletrônicos de controle são feitos em fatores de forma usáveis”, disse Muyang Lin, um Ph.D. candidato no Departamento de Nanoengenharia da UC San Diego e o primeiro autor do estudo. “Fizemos um dispositivo verdadeiramente vestível que pode detectar sinais vitais de tecidos profundos sem fio”.
A pesquisa surge do laboratório de Sheng Xu, professor de nanoengenharia na UC San Diego Jacobs School of Engineering e autor correspondente do estudo.
Este sistema ultrassônico wearable autônomo totalmente integrado (USoP) se baseia no trabalho anterior do laboratório em design de sensor ultrassônico suave. No entanto, todos os sensores ultrassônicos suaves anteriores exigem cabos de amarração para transmissão de dados e energia, o que restringe bastante a mobilidade do usuário. Neste trabalho, inclui um circuito de controle pequeno e flexível que se comunica com uma matriz de transdutores de ultrassom para coletar e transmitir dados sem fio. Um componente de aprendizado de máquina ajuda a interpretar os dados e rastrear assuntos em movimento.
De acordo com as descobertas do laboratório, o sistema ultrassônico em patch permite o rastreamento contínuo de sinais fisiológicos de tecidos tão profundos quanto 164 mm, medindo continuamente a pressão arterial central, frequência cardíaca, débito cardíaco e outros sinais fisiológicos por até doze horas em um tempo.
“Esta tecnologia tem muito potencial para salvar e melhorar vidas”, disse Lin. “O sensor pode avaliar a função cardiovascular em movimento. Valores anormais de pressão arterial e débito cardíaco, em repouso ou durante o exercício, são características da insuficiência cardíaca. Para populações saudáveis, nosso dispositivo pode medir as respostas cardiovasculares ao exercício em tempo real e, assim, fornecer insights na intensidade real do treino exercido por cada pessoa, o que pode orientar a formulação de planos de treinamento personalizados.”
A USoP também representa um avanço no desenvolvimento da Internet das Coisas Médicas (IoMT), um termo para uma rede de dispositivos médicos conectados à internet, transmitindo sem fio sinais fisiológicos para a nuvem para computação, análise e diagnóstico profissional.
Graças aos avanços tecnológicos e ao trabalho árduo dos médicos nas últimas décadas, o ultrassom recebeu uma onda contínua de interesse, e o laboratório Xu é frequentemente mencionado como um líder antigo e duradouro no campo, particularmente em ultrassom vestível. . O laboratório pegou dispositivos estacionários e portáteis e os transformou em elásticos e vestíveis, conduzindo uma transformação em todo o cenário do monitoramento da saúde. Sua força reside em parte em sua estreita colaboração com os médicos. “Embora sejamos engenheiros, conhecemos os problemas médicos que os médicos enfrentam”, disse Lin. “Temos um relacionamento próximo com nossos colaboradores clínicos e sempre recebemos feedback valioso deles. Essa nova tecnologia de ultrassom vestível é uma solução exclusiva para enfrentar muitos desafios de monitoramento de sinais vitais na prática clínica.”
Enquanto desenvolvia sua mais recente inovação, a equipe ficou surpresa ao descobrir que ela tinha mais recursos do que o inicialmente previsto.
“No início deste projeto, nosso objetivo era construir um sensor de pressão arterial sem fio”, disse Lin. “Mais tarde, quando estávamos fazendo o circuito, projetando o algoritmo e coletando informações clínicas, imaginamos que esse sistema poderia medir muitos parâmetros fisiológicos mais críticos do que a pressão arterial, como débito cardíaco, rigidez arterial, volume expiratório e muito mais, todos que são parâmetros essenciais para cuidados de saúde diários ou acompanhamento intra-hospitalar.”
Além disso, quando o sujeito está em movimento, haverá movimento relativo entre o sensor ultrassônico vestível e o alvo de tecido, o que exigirá reajustes manuais frequentes do sensor ultrassônico vestível para acompanhar o alvo em movimento. Neste trabalho, a equipe desenvolveu um algoritmo de aprendizado de máquina para analisar automaticamente os sinais recebidos e escolher o canal mais adequado para acompanhar o alvo em movimento.
No entanto, quando o algoritmo é treinado usando os dados de um sujeito, esse aprendizado pode não ser transferível para outros sujeitos, tornando os resultados inconsistentes e não confiáveis.
“Acabamos fazendo a generalização do modelo de aprendizado de máquina funcionar aplicando um algoritmo de adaptação avançada”, disse Ziyang Zhang, aluno de mestrado no Departamento de Ciência da Computação e Engenharia da UC San Diego e co-primeiro autor do artigo. “Este algoritmo pode minimizar automaticamente as discrepâncias de distribuição de domínio entre diferentes assuntos, o que significa que a inteligência da máquina pode ser transferida de um assunto para outro. Podemos treinar o algoritmo em um assunto e aplicá-lo a muitos outros novos assuntos com o mínimo de retreinamento.”
No futuro, o sensor será testado em populações maiores. “Até agora, só validamos o desempenho do dispositivo em uma população pequena, mas diversa”, disse Xiaoxiang Gao, bolsista de pós-doutorado no Departamento de NanoEngineering da UC San Diego e coautor do estudo. “Ao imaginarmos este dispositivo como a próxima geração de dispositivos de monitoramento de tecidos profundos, os ensaios clínicos são nosso próximo passo.”
Xu é o co-fundador da Softsonics, LLC, que planeja comercializar a tecnologia.
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