Investigadores en los EE. UU. han diseñado un transductor de ultrasonido que transmite información de forma inalámbrica y se puede usar cómodamente sobre la piel, superando dos deficiencias importantes de los dispositivos anteriores. Desarrollado por muyang lin, Sheng Xu y colegas de la Universidad de California en San Diego (UCSD), el nuevo transductor podría usarse para monitorear pacientes con afecciones cardiovasculares graves, así como para ayudar a los atletas a realizar un seguimiento de su entrenamiento.
Los transductores de ultrasonido funcionan transmitiendo ondas sonoras de alta frecuencia al cuerpo y luego detectando las ondas reflejadas en los tejidos que tienen diferentes densidades y propiedades acústicas. En las últimas décadas, las mejoras en los diseños de sondas y circuitos, combinadas con mejores algoritmos para procesar señales de ultrasonido, han producido transductores que pueden adaptarse a los pliegues de la piel de una persona. Esto ha permitido que los dispositivos midan señales de ultrasonido de forma continua, lo que es especialmente útil para monitorear el pulso de venas y arterias.
Los investigadores del laboratorio de Xu habían sondas de ultrasonido portátiles desarrolladas previamente eso podría monitorear varios parámetros fisiológicos de los tejidos profundos, incluida la presión arterial, el flujo sanguíneo e incluso imágenes cardíacas. Aun así, la tecnología tenía algunas deficiencias. "Estas sondas portátiles están conectadas a una máquina voluminosa para la recopilación de energía y datos, y cambiarán de posición relativa durante el movimiento humano, lo que les hará perder el rastro de los objetivos", explica Lin, estudiante de doctorado en nanoingeniería en UCSD y autor principal de un papel en Nature Biotechnology en el dispositivo.
Debido a estos defectos, los sensores de ultrasonido continuo anteriores podían inhibir seriamente la movilidad del usuario. También requerían reajustes frecuentes a medida que los usuarios se movían.
Ultrasonido sin ataduras
Para abordar estos problemas, el equipo de UCSD desarrolló un nuevo dispositivo basado en un circuito de control flexible y miniaturizado que interactúa con una serie de transductores. Este dispositivo recoge las señales de ultrasonido pero no las procesa directamente. En cambio, los transmite de forma inalámbrica a una computadora o teléfono inteligente, que los procesa mediante el aprendizaje automático.
“Desarrollamos un algoritmo para analizar automáticamente la señal y seleccionar el canal que tiene la mejor señal en el tejido objetivo en movimiento”, explica Lin. "Por lo tanto, las señales del tejido objetivo son continuas, incluso durante el movimiento humano".
Los investigadores probaron esta capacidad usando el dispositivo para rastrear la posición de la arteria carótida de un sujeto humano mientras monitoreaban la pulsación de la sangre en su interior. Esta arteria suministra sangre a la cabeza y el cuello, por lo que entrenaron el algoritmo para reconocer los desplazamientos causados por diferentes movimientos de la cabeza del sujeto.
Aunque el equipo solo entrenó el algoritmo en un solo sujeto, un algoritmo de adaptación más avanzado permitió a los nuevos usuarios usar el sensor con un mínimo de reentrenamiento. Una vez entrenado, el dispositivo podía detectar señales de ultrasonido de la pulsación de la arteria carótida a una profundidad de hasta 164 mm debajo de la piel, incluso cuando el usuario estaba haciendo ejercicio.
Monitor multiusos
Xu y sus colegas originalmente tenían la intención de probar las capacidades del sensor como monitor de presión arterial. Sin embargo, a través de sus experimentos, descubrieron que también podía controlar otros parámetros importantes, como la rigidez arterial, el volumen de sangre bombeado por el corazón y la cantidad de aire exhalado por el usuario.
El sensor de ultrasonido portátil proporciona imágenes cardíacas continuas
En última instancia, los investigadores predicen que su diseño podría abrir una amplia gama de posibilidades para el monitoreo continuo de ultrasonido. “Mediante el uso de tecnología de ultrasonido portátil, podemos liberar al paciente de máquinas voluminosas y automatizar los exámenes ultrasónicos”, dice Lin. “La fisiología de los tejidos profundos se puede monitorear en movimiento, lo que brinda oportunidades sin precedentes para la ecografía médica y la fisiología del ejercicio”.
Estas capacidades podrían cambiar la vida de los pacientes que viven con enfermedades cardiovasculares, dice Lin. “Para las poblaciones en riesgo, los valores anormales de presión arterial y gasto cardíaco en reposo o durante el ejercicio son características de insuficiencia cardíaca”, explica. Pero las aplicaciones no terminan ahí. “Para una población saludable, nuestro dispositivo puede medir las respuestas cardiovasculares al ejercicio en tiempo real. Por lo tanto, puede proporcionar información sobre la intensidad de entrenamiento real ejercida por cada persona, lo que puede guiar la formulación de planes de entrenamiento personalizados”.
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