Гибкий ультразвуковой датчик размером с почтовую марку может следить за сердцем круглые сутки.

Медицинские тесты и анализы показывают наше состояние в тот момент, когда мы их делали: кардиограмма считывает сердечный ритм, пока мы лежим у врача с прилепленными электродами, анализ крови показывает уровень глюкозы, или каких-то белков, или иммунных клеток в то мгновение, когда у нас взяли кровь. Предполагается, что все параметры, которые мы таким образом измеряем, остаются более или менее постоянными, что они были такими до того, как мы сдали анализы, и остались такими после. Во многом это действительно так, но нередко для того, чтобы лучше понять, в чём причина проблем со здоровьем, нужно понаблюдать за каким-то органом в течение длительного времени. Например, кровяное давление может повышаться в определённое время суток, и чтобы засечь это повышение, соответствующий прибор должен быть с тобой круглосуточно. Причём желательно, чтобы он был маленьким, незаметным и не доставлял никаких неудобств.

Портативный гибкий УЗ-датчик. (Фото: UC San Diego)

Сейчас такие приборы активно разрабатывают; мы писали и про портативный аппарат для кардиографии, и про умный браслет, который следит за составом пота, и про электронную кожу, подслушивающую сердце. В статье, вышедшей на днях в Nature, Хунцзе Ху (Hongjie Hu) и его коллеги из Калифорнийского университета в Сан-Диего описывают устройство размером с почтовую марку для ультразвукового исследования сердца, которое можно налепить прямо на кожу. Устройство выглядит как полимерный лоскут с вмонтированными в него жидкометаллическими электродами и пьезоэлектрическими элементами, которые генерируют ультразвуковые волны и принимают обратно ультразвуковое эхо. Во время обычного УЗИ датчик водят по телу, чтобы «озвучить» орган с разных точек. Портативное устройство ползать по телу не может, поэтому, чтобы получить полную картину, исследователи расположили пьезокристаллические преобразователи крестом; работая одновременно, они дают изображение, близкое к тому, которое получается с помощью обычных УЗ-аппаратов.

Портативный УЗ-датчик, наклеенный на кожу в области сердца и «озвучивающий» всё сердце с помощью пьезоэлектрических элементов, расположенных крестом. Иллюстрация: Hu, H. et al. Nature, 2023.

Портативный ультразвуковой датчик может наблюдать за сердцем в любом режиме: отдыха, нормальной активности, занятий спортом. Если в сердце есть какие-то аномалии, то с таким устройство их заметить будет проще. К датчику прилагается алгоритм, который преобразует данные в физиологические параметры, то есть алгоритм на ходу вычисляет объём крови, который сердце выбрасывает за одно сокращение или за одну минуту или объём, который выбрасывает за одно сокращение только левый желудочек, и т. д.

Правда, тут есть свои минусы. Во-первых, хотя датчик и даёт ультразвуковое изображение почти такое же, как при обычном УЗИ, всё же в некоторых местах ему не хватает разрешающей способности. Во-вторых, поскольку датчик гнётся и сгибается, возникают искажения сигнала, обусловленные меняющейся геометрией, то есть необходимо усовершенствовать аналитический алгоритм, чтобы он мог учитывать подобные искажения. Наконец, в-третьих, датчику пока что нужны провода, которые питают его и передают полученные данные на компьютер. Человек с таким датчиком может лежать, сидеть, ходить или заниматься на тренажёре, но всё это нужно делать в лаборатории; и если врачу нужно круглосуточное УЗИ, то больному придётся сутки провести в медицинском центре. Впрочем, портативные медицинские датчики сейчас делают уже и беспроводными, так что, возможно, и этот УЗ-аппарат смогут сделать более автономным в использовании.