Joshua Broder používal telefon Wii, aby pálil ping-pongový míček tam a zpět, když nápad napadl. Jako pohotovostní lékař v Duke University Medical Center používá ultrazvuk k pochopení toho, co se děje uvnitř těla pacienta, a k léčbě ran a nemocí. Ale obraz, který dostane, je dostatečně rychlý na to, aby pracoval v reálném čase, je dvourozměrný a těžko jej lze analyzovat.
"Ovládač v mé ruce je opravdu levná věc, " pomyslel si. "Proč je to tak, že drahé zdravotnické prostředky nepoužívají takovou nízkonákladovou technologii?"
S trochou pomoci od inženýrů v Duke a Stanfordu vytiskl Broder 3D tělo na ultrazvukovou hůlku, která měla umístit akcelerometry a gyroskopy podobné těm, které se nacházejí v telefonech nebo Wiimotech. Tato malá zařízení, která se díky revoluci smartphonu stala všudypřítomnou a levnou, spolupracují při určování úhlu, polohy a orientace telefonu, takže můžete hrát hry, udržovat obrazovku ve svislé poloze a používat gesta. Připevněné k hůlce ultrazvuku, která vysílá a přijímá ultrazvuk jako radar, sledují stejné senzory přesnou polohu. Poté, co jsou snímky pořizovány, software tyto informace použije k jejich spojování do trojrozměrného souboru. Výstup, i když se nepřibližuje ke kvalitě obrazu MRI nebo CT, je mnohem srozumitelnější než 2D ultrazvukový obraz, který se může zdát zrnitý a matoucí.
Ultrazvukové stroje, na kterých Broder staví, se liší od těch, které lékaři používají k zobrazení nenarozených plodů. Zatímco tyto stroje velikosti vozíku poskytují 3D obrazy, stojí stovky tisíc dolarů a nejsou extrémně přenosné. Broder popisuje malou, 3D tisknutelnou přílohu pro 2D ultrazvukový počítač s rozměry 2 000 $.
Ultrazvuk v místě, kde lékaři používají ultrazvuk při fyzickém vyšetření k informování o další péči, se stává běžnějším - trh, který společnost P&S Market Research očekává, že do roku 2025 vzroste o 7 procent ročně - ale stále zůstává nevyužitým zdrojem, říká Chris Fox, ředitel vzdělávacího ultrazvuku na University of California California-Irvine. Učí ultrazvukové techniky lékařům napříč celou řadou specialit, od pohotovosti po interní medicínu, jak zachytit a přečíst ultrazvukové snímky. "Kvalita péče se jednoduše zlepšuje, když se můžete podívat přes kůži pacienta na orgány, které vás zajímají, přímo v místě péče a nemusí čekat na další test, až se vrátí, " říká Fox.
Ultrazvukový pohled do břicha může lékaři sdělit, zda pacient trpí například střevní obstrukcí, žlučovým kamenem nebo zablokovanou ledvinou. Dýchavičnost lze připsat pneumonii, tekutině v hrudníku nebo tekutině kolem srdce. Tímto způsobem mohou lékaři pomocí ultrazvuku určit, zda je třeba pacienta poslat k dalšímu zobrazování nebo ne. A často používají ultrazvuk k vedení umístění jehly v laparoskopické chirurgii a dalších postupech, které vyžadují přesné umístění nářadí, protože může ukazovat obraz jehly vstupující do tkáně v reálném čase.
Ale to je místo, kde se 2D ultrazvuk zkomplikuje; moc tkáně nevidíte a je těžké rozlišit vaskulaturu, nervy, svaly a kosti. "Vše, co vidíme, je plátek a musíme se hned rozhodnout, podíváme se na to v podélné rovině nebo v příčné rovině?" To je matoucí, když se musím zavázat k jednomu z těchto dvou letadel, “říká Fox. Příčný pohled by ukazoval jehlu přicházející směrem k divákovi a podélný pohled by ukazoval jehlu vstupující ze strany, ale v těchto dvourozměrných rovinách je velmi obtížné určit hloubku, a proto zda je jehla správně umístěna. "Trojrozměrný ultrazvuk je mnohem snazší interpretovat, že by skutečně odstranil tuto vrstvu nejistoty, myslím, že mnoho lékařů má, pokud jde o pokus o naučení se ultrazvuku."
Jednoduše řečeno, 2D ultrazvuk je obtížné používat. "Je těžké pro lidi, kteří nikdy předtím neudělali ultrazvuk, naučit se fotografovat a interpretovat je, " říká Broder. "Chceme, aby se jednalo o intuitivní technologii, kterou by mnoho různých zdravotnických pracovníků mohlo použít okamžitě a téměř bez školení."
Broder, představující na výzkumném fóru American College of Emergency Physicians, popsal, co považuje za primární funkci technologie: zobrazování mozku u malých dětí. Děti mladší dvou let mají měkké lebky a ultrazvuk může vidět přímo dovnitř a pomáhá diagnostikovat hydrocefalus, kde mozkomíšní tekutina způsobuje tlak v mozku. Použil to k záznamu obrazu mozku sedmiměsíčního dítěte, zatímco dítě sedělo klidně v klíně své matky. Nevyžadovalo to žádné záření, jako je CT vyšetření, a dítě nemuselo být nehybné ani sedativní, jako MRI. Jednoduše natáhli hůlku chlapcovou hlavou malířským pohybem. Za deset sekund se to stalo.
Software s otevřeným zdrojovým kódem s názvem 3D Slicer vykresluje výsledek na obrazovce se třemi osami a posuvníkem, který umožňuje lékařům otevřít obrázek a zobrazit průřez. Technicky jde o hromadu 2D obrazů - až 1 000 z nich - položených vedle sebe, ale software také dokáže odhadnout objem funkcí v nich, což je zvláště užitečné při diagnostice nádorů.
"Je to jen mnohem dynamičtější datový soubor, než když fotografujete, " říká Broder. "Pomysli na analogii fotografie ve fotoaparátu." Jakmile vyfotíte, můžete si s ním pohrát, ale pokud se vám nelíbil úhel, ze kterého jste vyfotili, nemůžete to opravit ... když máte trojrozměrný datový soubor, můžete opravdu máte spoustu kontroly nad tím, na jaké otázky se chcete zeptat a jak na ně odpovídáte. “
Dokonce ani dražší ultrazvukové stroje nenabízejí přesnost CT nebo MRI zobrazování, ani nemohou zobrazovat celé tělo, ale to není smysl, říká Broder. "Chceme sladit náklady, " říká. "V západní medicíně trpíme tím, že děláme spoustu věcí, které možná mají větší přesnost nebo přesnost, než potřebujeme, a to zvyšuje náklady." To, co chceme udělat, je přesně to, co pacient potřebuje - poskytnout úroveň detailů potřebnou pro jejich nejlepší péči. “
Vzhledem k tomu, že ultrazvukové výboje využívají okamžité použití, Broderův tým není jediný, kdo se snaží vylepšit stroje. Program Clear Guide ONE, vytvořený lékaři z Johns Hopkins, také používá hůlkovou přílohu, ale využívá vizuální systém ke sledování vkládání jehly, i když je omezen na tuto aplikaci. A i když nabízí pouze dvourozměrný ultrazvuk, zařízení zvané Clarius se bezdrátově páruje s chytrým telefonem, aby úplně postoupilo počítač a snížilo cenu pod 10 000 $.
Díky malé velikosti a nízkým nákladům na zařízení Broder je užitečné používat oblasti po celém světě, kde je nemožné nebo nákladově efektivní používat větší stroje. Společnost GE souhlasila a udělila Broderovi 200 000 dolarů ve své úvodní výzvě ultrazvukového výzkumu Point of Care. Zařízení v současné době prochází klinickými zkouškami a Broder a jeho spolupracovníci na něj mají mezinárodní patent. V budoucnu si Broder představí spárování zařízení s EKG, aby se získaly snímky srdce v reálném čase. Pokud jsou data z EKG přiřazena jednotlivým snímkům pořízeným ultrazvukem, můžete třídit obrázky podle toho, kdy k nim došlo v rámci srdečního cyklu. Toto zobrazení „4D“ by mohlo poskytnout lepší snímky srdce, protože kompenzuje pohyb samotného srdce i dýchání.
"Můžeme udělat spoustu stejných věcí, jaké mohou drahé 3D stroje dělat, ale za mnohem nižší cenu, " říká Broder. "Jsme právě v této neuvěřitelné době, kdy počítačové technologie skutečně usnadnily to, co jsme udělali."
