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Jul 27, 2023

Matrizes ultrassônicas extensíveis para os três

Nature Biomedical Engineering (2023)Cite este artigo 12k Acessos 211 Detalhes da Altmetric Metrics Avaliação seriada das propriedades biomecânicas dos tecidos pode ser usada para auxiliar na detecção precoce e

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A avaliação seriada das propriedades biomecânicas dos tecidos pode ser usada para auxiliar na detecção precoce e no manejo de condições fisiopatológicas, para acompanhar a evolução das lesões e para avaliar o progresso da reabilitação. No entanto, os métodos atuais são invasivos, podem ser usados ​​apenas para medições de curto prazo ou têm profundidade de penetração ou resolução espacial insuficientes. Aqui descrevemos uma matriz ultrassônica extensível para realizar medições elastográficas não invasivas em série de tecidos até 4 cm abaixo da pele com uma resolução espacial de 0,5 mm. A matriz se adapta à pele humana e se acopla acusticamente a ela, permitindo imagens elastográficas precisas, que validamos por meio de elastografia por ressonância magnética. Utilizamos o dispositivo para mapear distribuições tridimensionais do módulo de Young dos tecidos ex vivo, para detectar danos microestruturais nos músculos de voluntários antes do início da dor e para monitorar o processo de recuperação dinâmica de lesões musculares durante fisioterapias. A tecnologia pode facilitar o diagnóstico e tratamento de doenças que afetam a biomecânica dos tecidos.

As propriedades mecânicas dos tecidos humanos são vitais para a estrutura e função dos sistemas fisiológicos humanos1. Caracterizações mecânicas frequentes de vários órgãos permitem avaliação oportuna do crescimento tecidual, estado metabólico, função imunológica e regulação hormonal1,2,3. Mais importante ainda, as propriedades mecânicas dos tecidos doentes podem muitas vezes refletir condições fisiopatológicas. O monitoramento de tais propriedades pode fornecer informações importantes sobre a progressão da doença e orientar a intervenção em tempo hábil4,5. Por exemplo, sabe-se que a rigidez dos tumores é diferente daquela dos tecidos saudáveis6. Além disso, em alguns tumores, podem ocorrer alterações na rigidez à medida que crescem em determinados estágios de desenvolvimento7, e essas alterações podem acontecer rapidamente (Figura 1a Complementar e Nota Complementar 1)5,8,9,10,11,12. Inspeções frequentes da rigidez desses tumores são necessárias para avaliação do estágio de crescimento e orientação terapêutica13. A caracterização mecânica também é crítica no diagnóstico e reabilitação de muitas doenças e lesões musculoesqueléticas. O monitoramento dos módulos musculares permite uma triagem mais proativa da área em risco (Figura 1b Complementar)14,15,16,17,18,19,20,21,22. A vigilância dos módulos teciduais também demonstrou ajudar na detecção precoce e no rastreamento de doenças cardiovasculares23,24. Uma tecnologia ideal deveria fornecer mapeamento não invasivo e tridimensional (3D) de tecidos profundos com localização, morfologia e informações mecânicas precisas25. No entanto, os métodos existentes são incapazes de atender a esta necessidade crítica (Figuras Complementares 2–5 e Nota Complementar 2).

Neste artigo, para preencher essa lacuna tecnológica, relatamos um conjunto ultrassônico extensível com avanços na engenharia de dispositivos e algoritmos de imagem (Nota Complementar 3). Com novos protocolos de microfabricação, podemos obter excelente acoplamento eletromecânico do transdutor. A estratégia de imagem composta coerente permite cálculos precisos de deslocamento e, portanto, melhora a relação sinal-ruído elastográfica (SNRe) e a relação contraste-ruído (CNRe) em toda a janela ultrassonográfica26. Ao resolver um problema de elasticidade inversa, podemos derivar a distribuição quantitativa do módulo, o que é um salto em frente em comparação com a distribuição qualitativa de deformações obtida com a elastografia quase estática convencional (Nota Complementar 4). Mostramos a confiabilidade desta tecnologia testando vários modelos de fantasmas artificiais e amostras biológicas ex vivo, com validação quantitativa por elastografia por ressonância magnética (MRE). Estudos in vivo sobre dor muscular de início tardio mostram que esta tecnologia pode acompanhar o progresso da recuperação de lesões musculares de forma serial não invasiva, fornecendo orientação terapêutica. Estes resultados sugerem uma abordagem conveniente e eficaz para monitorar as propriedades mecânicas dos tecidos, facilitando o diagnóstico e tratamento de muitas doenças e sintomas.