Joshua Broder koristio je Wii-ovu slušalicu kako bi palio ping-pong kuglu naprijed i nazad kada je ideja pala. Liječnik hitne pomoći u Medicinskom centru Sveučilišta Duke koristi ultrazvuk da razumije što se događa unutar pacijentovog tijela i liječi rane i bolesti. Ali slika koju on dobiva, iako je dovoljno brza za rad u stvarnom vremenu, dvodimenzionalna je i teška za analizu.
"Kontroler u mojoj ruci je stvarno jeftina stvar", pomislio je. "Zašto se zbog skupih medicinskih uređaja ne koristi takva jeftina tehnologija?"
Uz pomoć inženjera iz Dukea i Stanforda, Broder 3D ispisao je tijelo za ultrazvučni štapić koji je namijenjen za smjeru akcelerometara i žiroskopa sličnih onima koji se nalaze u telefonima ili Wiimotesu. Ovi mali uređaji, koji su zahvaljujući revoluciji pametnih telefona postali sveprisutni i jeftini, zajedno rade na određivanju kuta, položaja i orijentacije vašeg telefona, tako da možete igrati igre, držati ekran uspravno i koristiti geste. Pričvršćeni na štapić ultrazvuka, koji emitira i prima ultrazvuk poput radara, isti senzori prate njegov precizni položaj. Zatim, kako se slike uzimaju, softver koristi te informacije da ih sve zajedno zalijepi u trodimenzionalnu datoteku. Izlaz, iako se ne približava kvaliteti slike MRI ili CT skeniranja, mnogo je lakše razumjeti nego 2D ultrazvučna slika, koja može izgledati zrnato i zbunjujuće.
Ultrazvučni aparati koje Broder gradi su različiti od onih koje liječnici koriste za snimanje nerođenih plodova. Dok ti strojevi veličine kolica nude 3D slike, oni koštaju stotine tisuća dolara i nisu izuzetno prijenosni. Broder opisuje mali prilog s 3D printanjem za dvodijelni 2D uređaj za ultrazvuk veličine 25 000 USD.
Uobičajeni ultrazvuk u kojem liječnici koriste ultrazvuk tijekom fizikalnog pregleda kako bi obavijestili o daljnjoj njezi postaje sve češći - tržište za koje P&S istraživanje tržišta očekuje da će rasti do 725. godine do 2025. - ali i dalje ostaje nedovoljno iskorišteni resurs, kaže Chris Fox, direktor poučnog ultrazvuka na Sveučilištu California-Irvine. Podučava liječnike ultrazvučnim tehnikama širokog spektra specijaliteta, od hitne pomoći do interne medicine, kako snimati i čitati ultrazvučne slike. "Kvaliteta skrbi jednostavno se poboljšava kada možete pregledati pacijentovu kožu prema organima koji vas zanimaju, ondje u točki liječenja, i ne trebate čekati na ponovni test", kaže Fox.
Na primjer, ultrazvučni pregled trbuha liječniku može reći da li pacijent ima opstrukciju crijeva, žučni kamen ili blokiran bubreg. Kratkoća daha može se pripisati pneumoniji, tekućini u grudima ili tekućini oko srca. Na ove načine liječnici mogu pomoću ultrazvuka utvrditi treba li pacijenta poslati na daljnje snimanje ili ne. I često koriste ultrazvuk za usmjeravanje smještanja igala u laparoskopsku operaciju i druge postupke koji zahtijevaju precizno postavljanje oruđa jer može u stvarnom vremenu pokazati sliku igle koja ulazi u tkivo.
Ali tamo postaje 2D ultrazvuk zapetljan; ne možete vidjeti velik dio tkiva i teško je razlikovati vaskulaturu, živce, mišiće i kosti. "Sve što vidimo je odrezak, i mi moramo odmah odlučiti, hoćemo li to gledati u uzdužnoj ravnini ili poprečnoj ravnini? To je zbunjujuće kada se moramo posvetiti jednom od ta dva zrakoplova ", kaže Fox. Poprečni prikaz pokazao bi iglu koja dolazi prema gledatelju, a uzdužni prikaz igle koja ulazi sa strane, ali u ovim dvodimenzionalnim ravninama vrlo je teško odrediti dubinu, te stoga je li igla pravilno postavljena. "Trodimenzionalni ultrazvuk je toliko lakše protumačiti da bi se uistinu uklonio ovaj sloj nesigurnosti. Mislim da mnogi liječnici imaju mogućnost da nauče ultrazvuk."
Jednostavnije rečeno, 2D ultrazvuk je teško koristiti. "Teško je ljudima koji nikada ranije nisu napravili ultrazvuk naučiti kako slikati i interpretirati ih", kaže Broder. "Želimo da ovo bude tako intuitivna tehnologija da bi je mnogo različitih medicinskog osoblja moglo odmah koristiti bez gotovo nikakve obuke."
Predstavljajući se na istraživačkom forumu američkog College of Emergency Physicians, Broder je opisao ono što on vidi kao glavnu funkciju tehnologije: snimanje mozga u male djece. Djeca mlađa od dvije godine imaju meke lubanje, a ultrazvuk može vidjeti pravo unutra i pomoći u dijagnosticiranju hidrocefalusa, gdje cerebrospinalna tekućina uzrokuje pritisak u mozgu. Koristio ga je za snimanje mozga 7-mjesečnog djeteta, dok je beba mirno sjedila u majčinom krilu. Nije joj bilo potrebno zračenje, poput CT-a, a dijete nije moralo biti nepomično ili sedativno, poput MR-a. Jednostavno su potezali štapić dječakovom glavom, slikarskim pokretom. U deset sekundi je to učinio.
Softver otvorenog koda nazvan 3D Slicer daje rezultat na zaslonu s tri osi i klizačem koji liječnicima omogućava otvaranje slike i pregled presjeka. Tehnički gledano, to je niz dvodjelnih slika - do 1.000 njih - postavljenih jedna pored druge, ali softver također može procijeniti volumen značajki unutar njih, što je posebno korisno u dijagnosticiranju tumora.
"To je samo mnogo dinamičniji skup podataka nego kad fotografirate", kaže Broder. "Razmislite o analogiji fotografije na fotoaparatu. Nakon što fotografirate, možete se igrati s njom, ali ako vam se nije svidio ugao iz kojeg ste snimili sliku, ne možete je popraviti ... kad dobijete trodimenzionalni skup podataka, uistinu imate veliku kontrolu nad onim pitanjima koja želite postaviti i kako na njih odgovoriti. "
Čak i skuplji ultrazvučni aparati ne nude točnost CT ili MRI snimanja, niti mogu prikazati cijelo tijelo, ali to nije stvar, kaže Broder. "Želimo dovesti troškove u red", kaže on. „Mi patimo od zapadne medicine radeći mnogo stvari, možda u većem stupnju točnosti ili preciznosti nego što je potrebno, a to povećava troškove. Dakle, ono što želimo učiniti je upravo ono što pacijentu treba - pružiti razinu detalja koja je potrebna za njihovu najbolju skrb. "
Kako ultrazvuk od točke pružanja skrbi djeluje naglo, Broderov tim nije jedini koji pokušava poboljšati strojeve. Clear Guide ONE, koji su napravili liječnici Johnsa Hopkinsa, također koristi dodatak štapića, ali koristi vizualni sustav za praćenje umetanja igala, iako je ograničen na tu aplikaciju. I dok on nudi samo dvodimenzionalni ultrazvuk, uređaj nazvan Clarius bežično spaja na pametni telefon kako bi zaobišao računalo i smanjio cijenu ispod 10 000 dolara.
Mala veličina i niski troškovi Broder-ovog uređaja čine ga korisnim u područjima širom svijeta gdje je nemoguće ili ne isplativo koristiti veće strojeve. GE se složio, dodijelivši Broderu 200.000 dolara u svom uvodnom istraživačkom izazovu Point of Care Ultrasound Research Challenge. U ovom je slučaju uređaj podvrgnut kliničkim ispitivanjima, a Broder i njegovi suradnici na njemu imaju međunarodni patent. U budućnosti, Broder zamisli uparivanje uređaja s EKG-om za dobivanje slika u stvarnom vremenu. Ako se podaci iz EKG-a podudaraju s pojedinačnim slikama snimljenim ultrazvukom, možete sortirati slike na temelju trenutka nastanka unutar srčanog ciklusa. Ovo "4D" snimanje moglo bi dati bolje slike srca, jer nadoknađuje gibanje samog srca, kao i disanje.
"Možemo učiniti mnogo istih stvari kao i skupi 3D strojevi, ali uz puno niže troškove", kaže Broder. "Upravo smo u ovo nevjerojatno vrijeme kada su računalne tehnologije stvarno olakšale ono što smo učinili."
