Bản vá siêu âm có kích thước bằng tem này có thể hình ảnh bên trong

Khi một bệnh nhân vào phòng khám để siêu âm dạ dày, họ nằm trên tờ giấy nhăn nheo trên bàn khám. Một bác sĩ lâm sàng trải một miếng gạc dày lên bụng của họ, sau đó ấn một đầu dò nhỏ vào đó để truyền sóng âm vào cơ thể bệnh nhân. Những sóng này dội ra khỏi mô mềm và chất lỏng cơ thể của chúng, quay trở lại đầu dò để được dịch thành hình ảnh 2D. Khi đầu dò di chuyển trên dạ dày của người đó, một hình ảnh đen trắng mờ ảo xuất hiện trên màn hình để bác sĩ lâm sàng đọc.

Mặc dù công nghệ siêu âm là một thiết yếu trong nhiều cơ sở y tế, nhưng nó thường lớn và cồng kềnh. Xuanhe Zhao, một kỹ sư cơ khí tại Viện Công nghệ Massachusetts, nhằm thu nhỏ và đơn giản hóa toàn bộ thiết bị — và làm cho nó có thể đeo được. Trong một bài báo được xuất bản ngày hôm nay trong Khoa họcZhao và nhóm của ông mô tả sự phát triển của một miếng dán siêu âm nhỏ, khi dán vào da, có thể cung cấp hình ảnh độ phân giải cao về những gì nằm bên dưới. Các nhà khoa học hy vọng rằng công nghệ này có thể giúp siêu âm trở nên thoải mái để theo dõi lâu dài — thậm chí có thể ở nhà hơn là tại văn phòng bác sĩ.

Zhao cho biết, vì thiết bị siêu âm quá lớn và cần phải đến văn phòng nên khả năng hình ảnh của nó thường “ngắn hạn, trong vài giây”, hạn chế khả năng nhìn thấy các cơ quan thay đổi như thế nào theo thời gian. Ví dụ, các bác sĩ có thể muốn xem phổi của bệnh nhân thay đổi như thế nào sau khi dùng thuốc hoặc tập thể dục, một điều khó đạt được khi đến khám tại văn phòng. Để giải quyết những vấn đề này, các nhà khoa học đã thiết kế một miếng dán – có kích thước khoảng 1 inch vuông và dày vài mm – có thể được đặt thực tế ở bất cứ đâu trên cơ thể và đeo trong vài ngày. Zhao nói: “Nó trông giống như một con tem bưu chính.

Miếng dán có nhiều lớp, giống như một miếng bánh kẹo, với hai thành phần chính: một đầu dò siêu âm được xếp chồng lên nhau trên một tấm ghép, một vật liệu giúp tạo điều kiện truyền sóng âm từ đầu dò vào cơ thể. Các nhà khoa học thiết kế tàu thăm dò này mỏng và cứng, sử dụng một mảng 2D gồm các phần tử áp điện (hoặc đầu dò) mắc kẹt giữa hai mạch. Chonghe Wang, một trong những đồng tác giả của nghiên cứu, nói rằng những nguyên tố này có thể “biến đổi năng lượng điện thành các dao động cơ học”. Những rung động này truyền vào cơ thể dưới dạng sóng và phản xạ trở lại hệ thống hình ảnh bên ngoài để chuyển thành hình ảnh. Wang cho biết thêm, những rung động đó hoàn toàn không xâm lấn. Con người hoàn toàn không thể cảm nhận được chúng ”.

Để tạo ra đầu dò siêu âm, các nhà khoa học đã sử dụng phương pháp in 3D, vi kỹ thuật laser và quang khắc, trong đó ánh sáng được sử dụng để tạo ra một mẫu trên vật liệu cảm quang. Sau đó, đầu dò được phủ một lớp epoxy, giúp bảo vệ nó khỏi tác hại của nước, chẳng hạn như mồ hôi. Các nhà khoa học cho biết vì những kỹ thuật này có thông lượng cao nên một thiết bị có thể được sản xuất trong khoảng hai phút.

Lớp couplant giống như thạch giúp các sóng siêu âm đó truyền vào cơ thể. Nó chứa một lớp hydrogel được bảo vệ bởi một lớp polyurethane để giữ nước. Tất cả những thứ này đều được phủ một lớp hỗn hợp polyme mỏng có tác dụng như một chất keo cứng để giúp toàn bộ sản phẩm dính chặt. Các nhà khoa học phát hiện ra rằng miếng dán có thể bám trên da ít nhất 48 giờ, có thể gỡ bỏ mà không để lại cặn, chịu được nước.

Nhóm nghiên cứu của MIT nằm trong số một nhóm nhỏ các phòng thí nghiệm đã sản xuất các thiết bị siêu âm thu nhỏ tương tự trong vài năm qua. Các phòng thí nghiệm tại UC San Diego và Đại học Toronto đang thực hiện các dự án liên quan — Wang đã sản xuất một mô hình vá lỗi trước đó tại UCSD. Nhưng chúng thường bị hạn chế về khả năng chụp ảnh hoặc lớn hơn kích thước tem thư.