ابتكار رقعة جلد ذكية توفر تحذيرا مبكرا للسكتات الدماغية والنوبات القلبية

طور المهندسون في جامعة كاليفورنيا سان دييغو رقعة ناعمة ومطاطة بالموجات فوق الصوتية يمكن ارتداؤها على الجلد لمراقبة تدفق الدم عبر الشرايين والأوردة الرئيسية في أعماق الجسم، وتعد معرفة مدى سرعة ومقدار تدفق الدم عبر الأوعية الدموية للمريض أمرا مهم لأنها يمكن أن تساعد الأطباء في تشخيص أمراض القلب والأوعية الدموية المختلفة، بما في ذلك الجلطات الدموية، ومشاكل صمام القلب، وسوء الدورة الدموية في الأطراف، أو انسداد الشرايين التي يمكن أن تؤدي إلى السكتات الدماغية أو الأزمة القلبية.
ويمكن أن تراقب رقعة الموجات فوق الصوتية الجديدة التي تم تطويرها في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو تدفق الدم باستمرار، بالإضافة إلى ضغط الدم ووظيفة القلب، في الوقت الفعلي. وقد يؤدي ارتداء مثل هذا الجهاز إلى تسهيل التعرف على مشاكل القلب والأوعية الدموية في وقت مبكر.
وقام فريق بقيادة شنغ شو، أستاذ الهندسة النانوية في كلية الهندسة بجامعة كاليفورنيا في سان دييغو جاكوبس، بالإبلاغ عن التصحيح في ورقة نُشرت في 16 يوليو في Nature Biomedical Engineering.
ويمكن وضع الرقعة على العنق أو الصدر، وما يميزها هو أنها تستطيع استشعار وقياس إشارات القلب والأوعية الدموية بعمق 14 سم داخل الجسم بطريقة غير جراحية، ويمكنه القيام بذلك بدقة عالية، وقال شو: "يمكن أن يمنحك هذا النوع من الأجهزة القابلة للارتداء صورة أكثر شمولا ودقة لما يحدث في الأنسجة العميقة والأعضاء الهامة مثل القلب والدماغ، وكل ذلك من سطح الجلد".
وقال تشونغ وانغ، طالب دراسات عليا سابق في هندسة النانو في مختبر زو وأحد المؤلفين الأولين للدراسة: "إن استشعار الإشارات في مثل هذه الأعماق يمثل تحديا كبيرا للإلكترونيات القابلة للارتداء .. لقد صممنا جهازا يمكن ارتداؤه يستطيع اختراق أغوار الأنسجة العميقة واستشعار تلك الإشارات الحيوية بعيدا عن الجلد. ويمكن أن توفر هذه التقنية رؤى جديدة في مجال الرعاية الصحية".
والميزة الأخرى المبتكرة للرقعة هي أنه يمكن إمالة حزمة الموجات فوق الصوتية بزوايا مختلفة وتوجيهها إلى مناطق في الجسم ليست مباشرة تحت الرقعة، وأوضح شو أن هذه الميزة هي الأولى من نوعها في مجال الأجهزة القابلة للارتداء، لأن المستشعرات القابلة للارتداء الموجودة عادة تراقب فقط المناطق الموجودة أسفلها مباشرة، وإذا كنت ترغب في استشعار الإشارات في موضع مختلف، فعليك نقل المستشعر إلى هذا الموقع، وأضاف: "باستخدام هذا التصحيح، يمكننا فحص المناطق التي تكون أوسع من مساحة الجهاز، وهذا يمكن أن يفتح الكثير من الفرص".
وتتكون الرقعة من طبقة رقيقة من البوليمر المرن والمطاطي الذي يلتصق بالجلد، ويوجد على الرقعة مجموعة من محولات طاقة الموجات فوق الصوتية بحجم ملليمتر، ويتم التحكم في كل منها بشكل فردي بواسطة جهاز كمبيوتر، ويُعرف هذا النوع من المصفوفات بمصفوفة الموجات فوق الصوتية المرحلية، وهو جزء أساسي من التقنية لأنه يمنح التصحيح القدرة على التعمق أكثر فأكثر.
وتقدم مصفوفة الموجات فوق الصوتية المرحلية وضعين رئيسيين للتشغيل في وضع واحد، ويمكن مزامنة جميع المحولات لنقل الموجات فوق الصوتية معا، ما ينتج عنه شعاع الموجات فوق الصوتية عالي الكثافة الذي يركز على بقعة واحدة يصل عمقها إلى 14 سم في الجسم، وفي الوضع الآخر، يمكن برمجة المحولات للإرسال خارج المزامنة، ما ينتج حزما بالموجات فوق الصوتية يمكن توجيهها إلى زوايا مختلفة.
وقال مويانغ لين، دكتوراه في الهندسة النانوية، طالب في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو وهو أيضا مؤلف أول مشارك في الدراسة: "باستخدام تقنية مصفوفة الموجات فوق الصوتية المرحلية، يمكننا معالجة حزمة الموجات فوق الصوتية بالطريقة التي نريدها.. وهذا يمنح أجهزتنا إمكانيات متعددة: مراقبة الأعضاء المركزية وكذلك تدفق الدم بدقة عالية، ولن يكون هذا ممكنا باستخدام محول طاقة واحد فقط".