Джошуа Бродер използва мобилен телефон за Wii, за да забие топка за пинг-понг напред и назад, когато идеята удари. Спешен лекар в медицински център на университета Дюк, той използва ултразвук, за да разбере какво се случва вътре в тялото на пациента и да лекува рани и заболявания. Но картината, която той получава, макар и достатъчно бърза да работи в реално време, е двуизмерна и трудна за разбор.
„Контролерът в ръката ми е наистина евтино нещо“, помисли си той. „Защо скъпите медицински изделия не използват такъв тип евтини технологии?“
С малко помощ от инженери от Дюк и Станфорд, Broder 3D отпечата корпус за ултразвукова пръчка, която е предназначена за разполагане на акселерометри и жироскопи, подобни на тези, намерени в телефони или Wiimotes. Тези малки устройства, които са станали повсеместни и евтини благодарение на революцията на смартфона, работят заедно, за да определят ъгъла, позицията и ориентацията на телефона си, така че можете да играете игри, да държите екрана изправен и да използвате жестове. Прикрепени към пръчката на ултразвука, която излъчва и приема ултразвука като радар, същите сензори проследяват точното му положение. След това, докато се правят изображенията, софтуерът използва тази информация, за да ги зашие всички заедно в триизмерен файл. Изходът, макар и да не се доближава до качеството на изображението на MRI или CT сканиране, е много по-лесен за разбиране от 2D ултразвуково изображение, което може да изглежда зърнесто и объркващо.
Ултразвуковите апарати, които Бродер изгражда, са различни от тези, които лекарите използват за изобразяване на неродени плодове. Макар тези машини с размер на колички дават 3D изображения, те струват стотици хиляди долари и не са изключително преносими. Това, което Бродер описва, е малък, 3D-принтиран прикачен файл за 25 000 долара, 2D ултразвуков апарат за лаптоп.
Ултразвукът в центъра на лечение, при който лекарите използват ултразвук по време на физически изпит, за да информират за по-нататъшни грижи, става все по-често срещан - пазар, който P&S Market Research очаква да расте със 7 процента годишно до 2025 г., но все още остава недостатъчно използван ресурс, казва Крис Фокс, директор на инструктаж ултразвук в Калифорнийския университет-Ървайн. Той преподава ултразвукови техники на лекари в широк спектър от специалности, от спешното отделение до вътрешната медицина, как да заснемат и четат ултразвукови изображения. „Качеството на грижите просто се подобрява, когато можете да погледнете през кожата на пациента в органите, за които сте загрижени, точно там, на мястото на грижите, и не е необходимо да чакате да се върне друг тест“, казва Фокс.
Един ултразвуков оглед в корема може да каже на лекар дали пациентът изпитва запушване на червата, жлъчен камък или блокиран бъбрек, например. Задухът може да се дължи на пневмония, течност в гърдите или течност около сърцето. По тези начини лекарите могат да използват ултразвук, за да определят дали пациентът трябва да бъде изпратен за допълнително изображение или не. Те често използват ултразвук, за да насочат поставянето на иглата при лапароскопска хирургия и други процедури, които изискват точното поставяне на инструментите, тъй като може да покаже в реално време изображение на иглата, влизаща в тъканта.
Но там 2D ултразвукът става труден; не можете да видите голяма част от тъканта и е трудно да разграничите васкулатурата, нервите, мускулите и костите. „Всичко, което виждаме, е отрязък и трябва да решим веднага, ще разгледаме ли това в надлъжна равнина или напречна равнина? Това е объркващо да се наложи да се ангажирам с един от тези два самолета “, казва Фокс. Напречен изглед би показал иглата, която идва към зрителя, а надлъжен изглед би показал иглата, влизаща отстрани, но в тези двумерни равнини е много трудно да се определи дълбочината и следователно дали иглата е позиционирана правилно. „Триизмерният ултразвук е толкова по-лесен за тълкуване, че наистина би премахнал този слой от несигурност. Мисля, че много лекари имат опит да научат ултразвук.“
По-просто казано, 2D ултразвукът е труден за използване. „Трудно е хората, които никога преди не са правили ултразвук, да се научат как да правят снимки и да ги интерпретират“, казва Бродер. „Искаме това да е толкова интуитивна технология, че много различни медицински персонал да могат да я използват веднага, без почти никакво обучение.“
Представяйки се на изследователския форум на Американския колеж за спешни лекари, Бродер описа това, което вижда като основна функция на технологията: изобразяване на мозъка при малки деца. Деца на възраст под две години имат меки черепи и ултразвукът може да види право в него и да помогне за диагностициране на хидроцефалия, при която цереброспиналната течност предизвиква налягане в мозъка. Той го използвал, за да запише изображение на мозъка на 7-месечно дете, докато бебето седяло спокойно в скута на майка си. Това не изискваше радиация, като компютърна томография и детето не трябва да бъде неподвижно или успокоено, като ЯМР. Те просто рисуваха пръчката през главата на момчето, с рисуващо движение. За десет секунди беше свършено.
Софтуерът с отворен код, наречен 3D Slicer, представя резултата на екрана с три оси и плъзгач, който позволява на лекарите да отворят изображението и да видят напречно сечение. Технически това е куп от 2D изображения - до 1000 от тях - разположени един до друг, но софтуерът може да прецени и обема на функциите в тях, което е особено полезно при диагностициране на тумори.
„Това е просто много по-динамичен набор от данни, отколкото когато правите неподвижна снимка“, казва Бродер. „Помислете за аналогията на снимка на вашия фотоапарат. След като направите снимката, можете да играете с нея, но ако не ви хареса ъгълът, от който сте направили снимката, не можете да я поправите… когато имате триизмерен набор от данни, наистина имате много контрол върху въпросите, които искате да зададете и как да отговорите на тях. "
Дори по-скъпите ултразвукови апарати не предлагат точността на CT или MRI изображенията, нито могат да изобразят цялото тяло, но това не е въпросът, казва Бродер. „Искаме да приведем разходите в съответствие“, казва той. „Ние страдаме от западната медицина, като правим много неща, може би в по-голяма степен на точност или прецизност, отколкото ни е необходимо, и това води до високи разходи. Така че това, което искаме да направим, е точно това, от което се нуждае пациентът - да предоставим нивото на детайлност, необходимо за най-добрата им грижа. “
Тъй като ултразвукът от използването на ултразвук се грижи, екипът на Broder не е единственият, който се опитва да подобри машините. Clear Guide ONE, създаден от лекари от Джон Хопкинс, също използва приставка за пръчици, но използва визуална система за проследяване на вкарването на иглата, въпреки че е ограничена до това приложение. И макар да предлага само двуизмерен ултразвук, устройство, наречено Clarius, се свързва безжично със смартфон, за да заобиколи компютъра и да намали цената под 10 000 долара.
Малкият размер и ниската цена на устройството на Broder го прави полезен в райони по целия свят, където е невъзможно или не е рентабилно да се използват по-големите машини. GE се съгласи, като присъди на Broder 200 000 долара в своето начално изследователско предизвикателство Ultra Point. В момента устройството е в момента на клинични изпитвания, а Бродер и неговите сътрудници притежават международен патент за него. В бъдеще Бродер си представя сдвояването на устройството с EKG, за да получи изображения в реално време на сърдечните съкращения. Ако данните от EKG съвпадат с отделните изображения, направени от ултразвука, можете да сортирате снимките въз основа на това, когато са възникнали в рамките на сърдечния цикъл. Това “4D” изображение може да даде по-добри снимки на сърцето, тъй като компенсира движението на самото сърце, както и дишането.
„Можем да направим много същите неща, които могат да правят и скъпите 3D машини, но с много по-ниска цена“, казва Бродер. „Току-що сме в това невероятно време, в което изчислителните технологии наистина улесниха това, което сме направили.“
