Увидеть сердце изнутри
Исследователи Технологического института Джорджии, США, создали миниатюрный чип, который позволит кардиологам изучить сердце и кровеносные сосуды человека изнутри. Он призван выявлять ранние признаки проблем с сердцем. В отличие от современной техники, которая способна дать лишь общее представление о том, что происходит с сердцем, новый чип зафиксирует динамические изменения. Объемные изображения, получаемые в режиме реального времени, также позволят хирургам, проводящим операции на сердце, действовать быстрее и уверенней, производить очистку внутренних поверхностей сосудов без необходимости хирургического вмешательства и выполнять ряд других тонких действий, требующих высокой точности и скорости работы медицинского персонала. Чип можно оставлять в сердце человека на несколько месяцев для получения более точных сведений.
Малые габариты устройства позволяют при помещении чипа на конец провода сердечного катетера беспрепятственно вводить его внутрь сердца и относительно толстых кровеносных сосудов. Оказавшись внутри, устройство способно передавать сигналы о состоянии периферических кровеносных сосудов и коронарных артерий на компьютер, где данные конфигурируются в 3D-изображение. С помощью разработки клинические исследования будут проводиться ученными гораздо быстрее. Профессор Ф. Левент Дегертекин (F. Levent Degertekin), руководящий проектом, отмечает: «Врач всегда хочет увидеть то, что происходит внутри артерий и внутри сердца, однако большинство современных устройств обеспечивает вид только поперечного сечения органа. Если у больного полностью блокирована какая-то артерия, то чип, разработанный нами, сообщит об этом. Врачу необходимо видеть состояние стенок сосудов со всех сторон. До этого момента такая информация была для нас недоступна».
Что представляет собой устройство?
Устройство состоит из матрицы крошечных ультразвуковых микроустройств (56 ультразвуковых передатчиков и 48 приемников) и обрабатывающей электроники. При таком внушительном техническом наполнении все составляющие устройства упакованы на кремниевом чипе размером в 1,4 миллиметра.
Использование емкостных микромеханических ультразвуковых преобразователей (capacitive micromachined ultrasonic transducer, CMUT) позволило разработчикам в опытном образце обеспечить передачу изображения с частотой в 60 кадров в секунду. Таким образом, чип-сканер обеспечивает более качественное и подробное изображение, значительно превосходящее по своей информативности традиционную поперечную ультраскопию. Электронная система реализует также функции энергосбережения, отключая ненужные в данный момент излучатели и датчики. Непосредственная работа устройства обусловливается частотой в 20 МГц и при этом потребление энергии составляет всего 20 милливатт. Такой параметр потребления не приводит к выделению значительного количества тепла, что немаловажно для кровеносной системы. А недавно медики Университета Иллинойса, США, смогли решить самую сложную проблему всех современных медицинских имплантатов: замену их батареек. Ученые превратили человеческое сердце в генератор энергии для подзарядки имплантированного электронного устройства.
Встроенная система обработки сигналов позволит с помощью преобразователей, сформированных в виде двух концентрических колец, реализовать две различные технологии съемки. Наличие цепей предварительной обработки позволяет сигналам, получаемым от более чем ста элементов, быть переданными через 13 микропроводников, соединяющих чип с центральным устройством.
Практическое применение изобретения
В настоящее время опытный образец чипа-сканера проходит программу испытаний на животных. После этого чип начнут испытывать на людях. Предполагается, что после успешных испытаний новое устройство поступит в коммерческое производство, и будет продаваться в медицинские учреждения по всему миру. На применение этой технологии будет получено разрешение соответствующих органов и будет организована компания, которая займется производством таких чипов совместно с центральными устройствами и соответствующим программным обеспечением. А пока исследователи работают над миниатюризацией устройства, что позволит перемещать его внутри сердца и сосудов при помощи металлического провода диаметром всего в 400 микрон.