Gli ingegneri della University of California di San Diego hanno presentato su Nature Biomedical Engineering un nuovo progetto dedicato al monitoraggio medico continuo dei segnali fisiologici dai tessuti profondi. I tradizionali dispositivi indossabili estensibili sono limitati dalla profondità di penetrazione del segnale e dalle difficoltà nella risoluzione dei segnali da tessuti specifici. Da qui è stato sviluppato e testato un prototipo di phased array ultrasonico, un cerotto tecnologico per il monitoraggio dei segnali emodinamici dai tessuti che arriva a una profondità di 14 cm sotto la pelle.

Il dispositivo consente la focalizzazione attiva e la direzione dei fasci di ultrasuoni su una gamma di angoli di incidenza, in modo da mirare alle regioni di interesse. In volontari sani, viene dimostrato che il phased array può essere utilizzato per monitorare gli spettri Doppler dai tessuti cardiaci, registrare le forme d’onda del flusso sanguigno centrale e stimare la fornitura di sangue cerebrale in tempo reale.

La composizione del cerotto

Secondo Sheng Xu, professore di nanoingegneria presso la UCSD Jacobs School of Engineering, “Questo tipo di dispositivo indossabile può dare un quadro più completo e più accurato di ciò che sta succedendo nei tessuti profondi e negli organi critici come il cuore e il cervello. Il tutto agendo dalla superficie della pelle”. Il cerotto è costituito da un sottile foglio di polimero flessibile ed estensibile, che aderisce alla pelle. Al suo interno sono stati inseriti trasduttori a ultrasuoni millimetrici. Ognuno è controllato da un computer e questo fornisce al cerotto la capacità di andare più in profondità e allargare il proprio raggio d’azione.

Il cerotto, morbido ed elastico, è un dispositivo di monitoraggio del flusso sanguigno in grado di segnalare anomalie e prevenire un infarto o un ictus. Può essere indossato sul collo o sul petto, in corrispondenza di vene e arterie, fornendo informazioni preziose in tempo reale aiutando i medici a effettuare diagnosi di malattie cardiovascolari, ipertensione, trombosi o problemi circolatori.

La phased array offre due modalità principali di funzionamento. In una tutti i trasduttori possono essere sincronizzati per trasmettere più onde ultrasonore insieme, il che produce un fascio di ultrasuoni ad alta intensità che si concentra su un punto in profondità. Nell’altra modalità, i trasduttori possono essere programmati per trasmettere fuori sincrono, producendo fasci di ultrasuoni che possono essere indirizzati ad angoli diversi.

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Il phased array consiste in una griglia di 12×12 trasduttori a ultrasuoni. Quando l’elettricità scorre attraverso i trasduttori, questi vibrano ed emettono onde ultrasonore che viaggiano attraverso la pelle e in profondità. Quando le onde a ultrasuoni penetrano attraverso un vaso sanguigno importante, incontrano il movimento dei globuli rossi che scorrono all’interno. Questo movimento cambia, o sposta, il modo in cui le onde a ultrasuoni fanno eco al cerotto. Lo spostamento nei segnali riflessi viene raccolto dal dispositivo e utilizzato per creare una registrazione visiva del flusso sanguigno. Questo stesso meccanismo può anche essere usato per creare immagini in movimento delle pareti del cuore.