Dispositivo a singolo chip per fornire in tempo reale le immagini 3-D da dentro il cuore, vasi sanguigni

Maggio 14, 2016 Admin Salute 0 6
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Il dispositivo integra trasduttori ad ultrasuoni con elettronica di elaborazione su un unico chip di silicio 1,4 millimetri. On-chip di elaborazione dei segnali consente ai dati provenienti da più di un centinaio di elementi sul dispositivo da trasmettere utilizzando solo 13 cavi minuscoli, che le consente di viaggiare facilmente attraverso i vasi sanguigni tortuosi. Le immagini previsionali prodotti dal dispositivo fornirebbero significativamente più informazioni rispetto ad ultrasuoni trasversale esistente.

I ricercatori hanno sviluppato e testato un prototipo in grado di fornire i dati delle immagini a 60 fotogrammi al secondo, e il piano accanto a condurre studi su animali che potrebbero portare alla commercializzazione del dispositivo.




"Il nostro dispositivo permetterà ai medici di vedere l'insieme del volume che è davanti a loro all'interno di un vaso sanguigno", ha detto F. Levent Degertekin, un professore del George W. Woodruff Facoltà di Ingegneria Meccanica presso il Georgia Institute of Technology. "Questo darà cardiologi l'equivalente di una torcia elettrica in modo che possano vedere blocchi davanti a loro nelle arterie occluse. Ha il potenziale per ridurre la quantità di intervento chirurgico che deve essere fatto per cancellare queste navi."

Dettagli della ricerca sono stati pubblicati online nel febbraio 2014 numero della rivista IEEE Transactions on Ultrasuoni, Ferroelectrics e controllo di frequenza. La ricerca che porta allo sviluppo dispositivo è stato sostenuto dal National Institute of Biomedical Imaging e Bioingegneria (NIBIB), parte del National Institutes of Health.

"Se sei un medico, si vuole vedere cosa sta succedendo all'interno delle arterie e dentro il cuore, ma la maggior parte dei dispositivi utilizzati per fornire questo oggi solo immagini trasversali", ha spiegato Degertekin. "Se si dispone di una arteria che è completamente bloccata, per esempio, è necessario un sistema che ti dice ciò che è di fronte a voi. Hai bisogno di vedere la parte anteriore, posteriore e pareti laterali del tutto. Questo tipo di informazioni è fondamentalmente non è disponibile in questo momento . "

Il dispositivo a singolo chip combina capacitivi micromachined trasduttore ad ultrasuoni (CMUT) array con tecnologia CMOS front-end di elettronica per fornire ecografia tridimensionale intravascolare (IVUS) e ecografia intracardiaca (ICE) immagini. L'array doppio anello comprende 56 ultrasuoni elementi di trasmissione e ricezione 48 elementi. Quando assemblato, la matrice a forma di ciambella è solo 1,5 millimetri di diametro, con un foro centrale 430 micron per accogliere un filo guida.

Risparmio energetico circuiteria nell'array spegne sensori quando non sono necessari, consentendo al dispositivo di operare con solo 20 milliwatt di potenza, riducendo la quantità di calore generato all'interno del corpo. I trasduttori a ultrasuoni funzionano ad una frequenza di 20 megahertz (MHz).

Periferiche di imaging che operano all'interno dei vasi sanguigni in grado di fornire immagini ad alta risoluzione di dispositivi utilizzati al di fuori del corpo, perché possono operare a frequenze più alte. Ma operante all'interno dei vasi sanguigni richiede dispositivi che sono piccoli e sufficientemente flessibile per viaggiare attraverso il sistema circolatorio. Devono inoltre essere in grado di operare nel sangue.

Facendo che richiede un gran numero di elementi da trasmettere e ricevere le informazioni ultrasuoni. Trasmissione dei dati da questi elementi per apparecchiature per il trattamento esterno potrebbe richiedere molti collegamenti dei cavi, potenzialmente limitando la capacità del dispositivo di essere infilati all'interno del corpo.

Degertekin ei suoi collaboratori affrontate che sfida miniaturizzare gli elementi e realizzare alcuni del trattamento sulla sonda stessa, consentendo loro di ottenere ciò in cui credono sono immagini clinicamente utili con solo 13 cavi.

"Vuoi il catetere più compatto e flessibile possibile", ha spiegato Degertekin. "Non potevamo farlo senza l'integrazione dell'elettronica e l'array di immagini sullo stesso chip."

Sulla base della loro prototipo, i ricercatori si aspettano di condurre studi sugli animali per dimostrare le potenziali applicazioni del dispositivo. Hanno infine aspettano di licenza la tecnologia per una società di diagnostica medica istituita per condurre gli studi clinici necessari per ottenere l'approvazione della FDA.

Per il futuro, Degertekin spera di sviluppare una versione del dispositivo che potrebbe guidare interventi nel cuore sotto risonanza magnetica (MRI). Altri piani includono ulteriormente ridurre la dimensione del dispositivo per posizionarla su un filo guida di diametro 400 micron.

Oltre al Degertekin, il team di ricerca comprendeva Jennifer Hasler, un professore del Tech School of Electrical and Computer Ingegneria Georgia; Mustafa Karaman, professore alla Università tecnica di Istanbul; Coskun Tekes, un borsista post-dottorato presso la Scuola Woodruff di Ingegneria Meccanica; Gokce Gurun e Jaime Zahorian, neolaureati della scuola di Ingegneria Elettrica e Informatica Ingegneria del Georgia Tech, e Georgia Tech Ph.D. studenti Toby Xu e Sarp Satir.

Questa ricerca è stata sostenuta dal numero premio R01EB010070 dal National Institute of Biomedical Imaging e Bioingegneria (NIBIB), parte del National Institutes of Health (NIH).

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