Dans cette interview, nous discutons avec des chercheurs du laboratoire Zhao du MIT de leur nouvel autocollant à ultrasons qui peut fournir une imagerie non invasive des organes internes jusqu’à 48 heures.
Pouvez-vous vous présenter et nous dire ce qui a inspiré vos dernières recherches ?
Nous sommes une équipe d’ingénieurs du laboratoire MIT Zhao (http://zhao.mit.edu/)
Le diagnostic médical actuel s’appuie fortement sur les outils de radiologie clinique pour l’imagerie des organes afin de prendre une décision. Cependant, il s’agit généralement d’approches cliniques peu fréquentes et il est fort probable qu’elles rateront les schémas de la maladie. Pour relever ce défi, nous souhaitons développer un appareil portable qui pourrait fournir des capacités d’imagerie à long terme aux cliniciens et aux patients, en suivant leur maladie ou leur état de santé.
Dans les établissements de santé, les cliniciens ont souvent besoin d’imager les organes internes d’un patient. Pour ce faire, l’imagerie par ultrasons est fréquemment utilisée. Pouvez-vous nous en dire plus sur le fonctionnement de l’échographie ?
L’imagerie par ultrasons est une fenêtre sûre et non invasive sur le fonctionnement du corps, fournissant aux cliniciens des images en direct des organes internes d’un patient. Pour capturer ces images, des techniciens formés manipulent des baguettes et des sondes à ultrasons pour diriger les ondes sonores dans le corps. Ces ondes se réfléchissent pour produire des images haute résolution du cœur, des poumons et d’autres organes profonds d’un patient.
Crédit d’image : HOMONSTOCK/Shutterstock.com
Bien que l’imagerie par ultrasons soit courante dans les établissements de santé, elle présente de nombreux inconvénients. Quels sont certains de ces inconvénients et comment votre nouvelle technologie aide-t-elle à les surmonter ?
Classiquement, pour imager par ultrasons, un technicien applique d’abord un gel liquide sur la peau d’un patient, transmettant des ondes ultrasonores. Une sonde, ou transducteur, est ensuite pressée contre le gel, envoyant des ondes sonores dans le corps qui font écho aux structures internes et reviennent à la sonde, où les signaux renvoyés sont traduits en images visuelles.
Pour les patients qui nécessitent de longues périodes d’imagerie, certains hôpitaux proposent des sondes fixées à des bras robotiques qui peuvent maintenir un transducteur en place sans se fatiguer, mais le gel liquide à ultrasons s’écoule et se dessèche avec le temps, interrompant l’imagerie à long terme.
Pour résoudre ce problème, nous avons conçu un autocollant à ultrasons qui produit des images à plus haute résolution sur une plus longue durée en associant une couche adhésive extensible à un réseau rigide de transducteurs. Cette combinaison permet au dispositif de se conformer à la peau tout en maintenant l’emplacement relatif des transducteurs pour générer des images plus claires et plus précises.
Dans vos dernières recherches, vous avez conçu un nouvel autocollant à ultrasons. Comment avez-vous conçu cet autocollant et comment fonctionne-t-il ?
Nous avons conçu un nouvel autocollant à ultrasons qui produit des images haute résolution sur une plus longue durée en associant une couche adhésive extensible à un réseau rigide de transducteurs. Cette combinaison permet au dispositif de se conformer à la peau tout en maintenant l’emplacement relatif des transducteurs pour générer des images plus claires et plus précises.
La couche adhésive de l’appareil est constituée de deux fines couches d’élastomère qui encapsulent une couche intermédiaire d’hydrogel solide, un matériau principalement à base d’eau qui transmet facilement les ondes sonores. L’hydrogel de l’équipe du MIT est élastique et extensible, contrairement aux gels à ultrasons traditionnels. L’élastomère empêche la déshydratation de l’hydrogel. Lorsque l’hydrogel est fortement hydraté, les ondes acoustiques peuvent pénétrer efficacement et donner une imagerie haute résolution des organes internes.
La couche inférieure en élastomère est conçue pour coller à la peau, tandis que la couche supérieure adhère à un ensemble rigide de transducteurs que l’équipe a également conçus et fabriqués. L’ensemble de l’autocollant à ultrasons mesure environ 2 centimètres carrés de diamètre et 3 millimètres d’épaisseur, soit environ la surface d’un timbre-poste.
Pour tester notre conception, nous avons soumis l’autocollant à ultrasons à une batterie de tests avec des volontaires en bonne santé, qui portaient les autocollants sur diverses parties de leur corps, y compris le cou, la poitrine, l’abdomen et les bras. Les autocollants sont restés attachés à leur peau et ont produit des images claires des structures sous-jacentes jusqu’à 48 heures.
Autocollant d’échographie
Votre autocollant à ultrasons peut également fournir une imagerie continue des organes internes pendant 48 heures, ainsi que capturer des images lorsqu’un patient effectue diverses activités. Comment est-ce possible, et quels avantages cela présente-t-il pour les cliniciens en observant les organes sur une période de temps par rapport à un instant instantané unique ?
Notre système BAUS permet cela, et un autocollant adhésif à ultrasons peut être appliqué sur la peau humaine, rester stable et imager les organes internes en continu. Un dispositif d’imagerie qui maintient une surveillance continue sur des parties spécifiques du corps pourrait être utilisé pour surveiller et diagnostiquer diverses maladies. Les médecins pourraient surveiller de près la croissance d’une tumeur au fil du temps.
Une personne à haut risque d’hypertension peut porter un patch à ultrasons pour mesurer son hypertension artérielle, l’alerter lorsque la pression augmente ou déterminer si un médicament l’aide. Un patient COVID pourrait rester à la maison, sachant qu’un appareil d’imagerie l’alerterait si sa maladie provoquait une infection pulmonaire suffisamment grave pour nécessiter une hospitalisation.
Espérez-vous qu’avec des recherches continues sur ces autocollants à ultrasons, ils pourraient être proposés dans les pharmacies afin que les patients n’aient pas besoin de se rendre dans un établissement de santé ? Quels avantages cela aurait-il pour les patients et les cliniciens ?
Oui, nous espérons que BAUS pourrait être l’un des futurs moniteurs de santé pouvant être achetés en pharmacie. Par conséquent, nous concevons des capacités de production de masse pour réduire davantage les coûts, étant donné que l’autocollant actuel coûte environ 200 USD chacun. Le gros argument de vente / avantage de ce nouvel appareil est qu’il ouvre de nouveaux types de diagnostics médicaux qui ne peuvent pas être effectués dans un cadre statique.
Pour évaluer la santé cardiaque, par exemple, il est utile de mesurer l’activité de l’organe pendant l’exercice, mais il est difficile de tenir une baguette à ultrasons contre la poitrine gluante d’un sujet qui court. Avec un patch à ultrasons portable, où vous n’auriez pas à tenir le transducteur sur la personne, ils pourraient montrer que vous êtes capable d’obtenir des images de haute qualité du cœur même pendant le mouvement. La technologie peut réduire le fardeau des cliniciens et des patients.
Crédit image : Felice Frankel/Shutterstock.com
Les wearables médicaux ont connu une énorme augmentation de l’attention ces dernières années, en partie grâce à l’intelligence artificielle et à l’apprentissage automatique. Comment ces deux disciplines pourraient-elles être appliquées à votre vignette échographique pour poursuivre son développement ?
Une grande direction sur laquelle nous travaillons est l’application de l’intelligence artificielle dans le système BAUS. Une image ne vaut quelque chose que si vous pouvez réellement la diagnostiquer. Donc, même si nous pouvons obtenir toutes ces images, nous avons toujours besoin d’aide pour en tirer des diagnostics médicaux utiles.
Nous construisons des algorithmes qui pourraient suivre la physiologie des organes, l’analyser quantitativement et arriver à une décision de diagnostic. Cela épargnera la charge du clinicien.
Pensez-vous que votre technologie pourrait potentiellement aider à améliorer les diagnostics cliniques dans le monde entier ? Qu’est-ce que cela pourrait signifier pour la santé mondiale?
L’application la plus importante que nous envisagions pourrait être la détection et le diagnostic des crises cardiaques. La santé cardiaque est sur le radar d’autres développeurs d’appareils portables. Par exemple, les montres intelligentes telles que l’Apple Watch sont capables de suivre les signaux électriques qui indiquent l’activité cardiaque avec un électrocardiogramme (ECG ou EKG). Cela peut être utilisé pour diagnostiquer les crises cardiaques, du moins dans certains cas.
Des études montrent que l’ECG ne peut diagnostiquer qu’environ 20% des crises cardiaques. La majorité des crises cardiaques nécessitent en fait des modalités d’imagerie, telles que l’imagerie par ultrasons, pour être diagnostiquées. L’imagerie continue du cœur d’un patient pourrait capturer ses symptômes et fournir un diagnostic précoce. Nous envisageons que les autocollants à ultrasons puissent être emballés et achetés par les patients et les consommateurs et utilisés non seulement pour surveiller divers organes internes, mais également la progression des tumeurs, ainsi que le développement des fœtus dans l’utérus.
Votre recherche a été financée en partie par le MIT mais aussi par diverses organisations, dont le NIH, le US Army Research Office et la National Science Foundation. Quelle est l’importance du financement dans la découverte de nouvelles technologies scientifiques ?
Le financement est essentiel pour permettre la compréhension de la science fondamentale et le développement de technologies qui répondront aux grands défis sociétaux. Nous apprécions grandement les divers organismes de financement qui nous font confiance et soutiennent notre travail.
Quelles sont les prochaines étapes pour vous et votre recherche ?
Nous travaillons sur un système BAUS entièrement intégré que tout le monde pourrait utiliser, et nous travaillons également avec des cliniciens pour obtenir des données cliniques et pousser l’appareil vers des essais cliniques.
Où les lecteurs peuvent-ils trouver plus d’informations ?
Le site de notre groupe : http://zhao.mit.edu/
À propos du professeur Xuanhe Zhao
Xuanhe Zhao est professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental (par courtoisie) au MIT. La mission de Laboratoire Zhao au MIT est de faire progresser la science et la technologie sur les interfaces entre les humains et les machines pour relever les grands défis sociétaux en matière de santé et de durabilité avec une expertise intégrée en mécanique, matériaux et biotechnologie. Un axe majeur de Laboratoire ZhaoLes recherches actuelles de sont l’étude et le développement de matériaux et de systèmes souples. 
À propos de Chonghe Wang
Chonghe Wang est actuellement un chercheur étudiant diplômé travaillant avec le professeur Xuanhe Zhao au département de génie mécanique des instituts de technologie du Massachusettes. Chonghe a plus de 10 ans d’expérience en recherche dans le domaine de la technologie des ultrasons.
À partir de 2016, il a été le pionnier de l’ingénierie de la technologie des ultrasons portables qui pourrait surveiller les signes vitaux des tissus profonds dans le corps humain. Ses principaux travaux de recherche ont été publiés dans Science (2022), Nature Biomedical engineering (2021), Nature Biomedical engineering (2018) et ont été mis en avant en exclusivité par des centaines de médias célèbres, notamment : National Geographic Magazine, Forbes, MIT Technology Review, National Institute of Health (NIH), et bien d’autres. Cette technologie a un énorme potentiel pour changer le paradigme de la transformation des échographes cliniques encombrants en appareils intelligents portables pour les soins de santé numériques de nouvelle génération.
Ses travaux ont été acceptés et publiés par une série de revues notables, notamment Nature, Science, Nature Biomedical Engineering, Nature Nanotechnology, Nature Electronics, Science Advances, Proceeding of National of Academy of Science, Advanced Materials et bien d’autres. Il a été reconnu comme le « jeune chercheur Baxter 2019 » pour sa contribution au développement du premier tensiomètre central portable au monde qui pourrait potentiellement sauver la vie de patients en soins intensifs.
À propos du Dr Xiaoyu Chen
Xiaoyu Chen est stagiaire postdoctoral au Département de génie mécanique du Massachusetts Institute of Technology. Il a obtenu son diplôme BS au Collège de chimie de l’Université de Jilin en 2013. Il a obtenu son doctorat. diplômé du Département de génie biomédical de l’Université chinoise de Hong Kong en 2019. Ses recherches portent sur la conception et la préparation de biomatériaux polymères pour des applications biomédicales. Il est récipiendaire du CUHK Outstanding Student Award et du Society for Biomaterials STAR Award.
