Joshua Broder brugte et Wii-håndsæt til at slå en ping-pong-kugle frem og tilbage, da ideen kom. En akutlæge ved Duke University Medical Center, han bruger ultralyd til at forstå, hvad der sker inde i en patients krop, og behandle sår og sygdomme. Men det billede, han får, selvom det er hurtigt nok til at fungere i realtid, er to-dimensionelt og vanskeligt at analysere.
”Controlleren i min hånd er virkelig en billig ting, ” tænkte han. "Hvorfor bruger dyre medicinske apparater ikke den slags lavpris-teknologi?"
Med lidt hjælp fra ingeniører hos Duke og Stanford, udskrev Broder 3D en krop til en ultralydstav, der er beregnet til at huse accelerometre og gyroskoper svarende til dem, der findes i telefoner eller Wiimotes. Disse små enheder, som er blevet allestedsnærværende og billige takket være smartphone-revolutionen, arbejder sammen for at bestemme vinklen, placeringen og orienteringen af din telefon, så du kan spille spil, holde skærmen lodret og bruge bevægelser. Fastgjort til ultralydsstaven, der udsender og modtager ultralydlignende radar, sporer de samme sensorer sin nøjagtige position. Når billederne tages, bruger softwaren derefter disse oplysninger til at sy dem sammen til en tredimensionel fil. Selvom output ikke nærmer sig billedkvaliteten af en MR- eller CT-scanning, er det meget lettere at forstå end et 2D-ultralydbillede, der kan virke kornet og forvirrende.
Ultralydmaskinerne, som Broder bygger på, er forskellige fra dem, som læger bruger til at afbilde ufødte fostre. Selvom disse maskiner i vognstørrelse leverer 3D-billeder, koster de hundreder af tusinder af dollars og er ikke ekstremt bærbare. Hvad Broder beskriver er en lille, 3D-trykt vedhæftet fil til en $ 25.000, bærbar størrelse 2D ultralydsmaskine.
Ultralyd ved pleje, hvor læger bruger ultralyd under en fysisk undersøgelse for at informere om yderligere pleje, bliver mere almindeligt - et marked, som P&S Markedsundersøgelser forventer at vokse med 7 procent om året frem til 2025 - men det er stadig en underudnyttet ressource, siger Chris Fox, direktør for instruktions ultralyd ved University of California-Irvine. Han underviser i ultralydsteknikker til læger på tværs af en lang række specialiteter, fra akutten til intern medicin, hvordan man fanger og læser ultralydbilleder. "Plejekvaliteten forbedres simpelthen, når du kan se gennem patientens hud på de organer, du er bekymret for, lige der på plejepunktet og ikke skal vente til en anden test kommer tilbage, " siger Fox.
Et ultralydsbillede ind i maven kan fortælle en læge, om patienten for eksempel oplever en tarmhindring, en gallesten eller en blokeret nyre. Åndenød kan tilskrives lungebetændelse, væske i brystet eller væske omkring hjertet. På disse måder kan læger bruge ultralyd til at bestemme, om en patient skal sendes for yderligere billeddannelse eller ej. Og de bruger ofte ultralyd til at guide nålens placering i laparoskopisk kirurgi og andre procedurer, der kræver en nøjagtig placering af redskaber, fordi det kan vise et realtidsbillede af nålen, der kommer ind i vævet.
Men det er her, 2D-ultralyd bliver vanskelig; du kan ikke se meget af vævet, og det er svært at skelne vaskulatur, nerver, muskler og knogler. ”Alt, hvad vi ser, er et udsnit, og vi er nødt til at beslutte lige nu, skal vi se på dette i et langsgående plan eller et tværgående plan? Det er forvirrende at skulle forpligte sig til et af disse to fly, ”siger Fox. Et tværsnit viser nålen, der kommer mod beskueren, og en langsgående afbildning viser nålen, der kommer ind fra siden, men i disse to dimensionelle planer er det meget svært at bestemme dybde, og derfor, om nålen er placeret korrekt. ”Tredimensionel ultralyd er så meget lettere at fortolke, at det virkelig ville fjerne dette lag med usikkerhed, jeg tror, mange læger har, når det kommer til at prøve at lære ultralyd.”
Mere enkelt sagt, 2D-ultralyd er svært at bruge. ”Det er svært for folk, der aldrig har gjort ultralyd før at lære at tage billeder og fortolke dem, ” siger Broder. ”Vi ønsker, at dette skal være en så intuitiv teknologi, at mange forskellige medicinske medarbejdere kunne bruge den øjeblikkeligt uden næsten ingen træning.”
Broder præsenterede ved American College of Emergency Physicians forskningsforum og beskrev, hvad han ser som en primær funktion af teknologien: hjernebilledbillede hos små børn. Børn under to år har bløde kranier, og ultralyd kan se lige i og hjælpe med at diagnosticere hydrocephalus, hvor cerebrospinalvæske forårsager tryk i hjernen. Han brugte det til at optage et billede af hjernen til et 7 måneder gammelt barn, mens babyen sad fredeligt i sin mors skød. Det krævede ingen stråling, ligesom en CT-scanning, og barnet behøvede ikke at være bevægelsesløst eller beroliget som en MRI. De trak blot staven hen over drengens hoved i en malerisk bevægelse. På ti sekunder var det færdigt.
Open source-software kaldet 3D Slicer gengiver resultatet på skærmen med tre akser og en skyder, der gør det muligt for læger at åbne billedet og se et tværsnit. Teknisk set er det en stak 2D-billeder - op til 1.000 af dem - lagt ved siden af hinanden, men softwaren kan også estimere mængden af funktioner i dem, hvilket er især nyttigt til diagnosticering af tumorer.
”Det er bare et meget mere dynamisk datasæt, end når du tager et stillbillede, ” siger Broder. ”Tænk på analogien til et fotografi på dit kamera. Når du har taget billedet, kan du lege med det, men hvis du ikke kunne lide vinklen, som du tog billedet fra, kan du ikke rette det… når du har et tredimensionelt datasæt, har virkelig en masse kontrol over hvilke spørgsmål, du vil stille, og hvordan du svarer på dem. ”
Selv de dyrere ultralydmaskiner tilbyder ikke nøjagtigheden af CT- eller MR-billeddannelse, og de kan heller ikke forestille sig en hel krop, men det er ikke poenget, siger Broder. ”Vi vil bringe omkostningerne på linje, ” siger han. ”Vi lider i vestlig medicin ved at gøre en masse ting for måske i større grad nøjagtighed eller præcision end vi har brug for, og det driver omkostningerne høje. Så hvad vi ønsker at gøre, er nøjagtigt, hvad patienten har brug for - give det detaljeringsniveau, der kræves for deres bedste pleje. ”
Som brugervenster til brug af ultralydsanvendelse er Broders team ikke det eneste, der prøver at forbedre maskinerne. Clear Guide ONE, der er bygget af læger fra Johns Hopkins, bruger også en stavbeslag, men anvender et visuelt system til at spore nålindsætning, skønt den er begrænset til den applikation. Og selvom den kun tilbyder todimensionel ultralyd, parrer en enhed kaldet Clarius trådløst til en smartphone for at sidestykke computeren og køre prisen ned under $ 10.000.
Den lille størrelse og de lave omkostninger ved Broders enhed gør det nyttigt i områder over hele kloden, hvor det er umuligt eller ikke omkostningseffektivt at bruge de større maskiner. GE accepterede at tildele Broder $ 200.000 i dets indledende Point of Care Ultrasound Research Challenge. Som det er, gennemgår enheden i øjeblikket kliniske forsøg, og Broder og hans samarbejdspartnere har et internationalt patent på det. I fremtiden forestiller sig Broder at parre enheden med en EKG for at få realtidsafbildning af hjerteslag. Hvis dataene fra EKG matches med de individuelle billeder taget af ultralyden, kan du sortere billederne ud fra, hvornår de opstod inden for hjertecyklussen. Denne "4D" -afbildning kunne give bedre billeder af hjertet, da det kompenserer for selve hjertets bevægelse samt vejrtrækning.
”Vi kan gøre meget af de samme ting, som de dyre 3D-maskiner kan gøre, men til en meget lavere pris, ” siger Broder. ”Vi er lige på dette utrolige tidspunkt, hvor computerteknologier virkelig har lettet det, vi har gjort.”
