Joshua Broder käytti Wii-puhelinta lyödäkseen pingispongipalloa edestakaisin, kun idea osui. Hätälääkäri Duke University Medical Centerissä, hän käyttää ultraääntä ymmärtääksesi mitä potilaan kehossa tapahtuu ja hoitaa haavoja ja sairauksia. Mutta kuva, jonka hän saa, vaikka se on riittävän nopea toimimaan reaaliajassa, on kaksiulotteinen ja vaikea jäsentää.
"Minun kädessäni oleva ohjain on todella edullinen asia", hän ajatteli. "Miksi kalliissa lääkinnällisissä laitteissa ei käytetä tällaista halpaa tekniikkaa?"
Broder 3D painoi Duke- ja Stanford-insinöörien avustuksella rungon ultraääni sauvalle, joka on tarkoitettu asuttamaan kiihtyvyysmittarit ja gyroskoopit, jotka ovat samanlaisia kuin puhelimissa tai Wiimoteissa. Nämä pienet laitteet, joista on tullut yleistä ja halpaa älypuhelimen vallankumouksen ansiosta, määrittävät yhdessä puhelimesi kulman, sijainnin ja suunnan, joten voit pelata pelejä, pitää näytön pystyssä ja käyttää eleitä. Samat anturit seuraavat ultraäänen sauvaa, joka lähettää ja vastaanottaa ultraääntä kuin tutka, ja samalla anturilla seurataan sen tarkka sijainti. Sitten, kun kuvia otetaan, ohjelmisto käyttää näitä tietoja ompelemalla ne kaikki kolmiulotteiseen tiedostoon. Tuloste, vaikka se ei lähesty MRT- tai CT-kuvan skannausta, on paljon helpompi ymmärtää kuin 2D-ultraäänikuva, joka voi näyttää rakeiselta ja hämmentävältä.
Broderin rakentamat ultraäänilaitteet eroavat lääkärien käyttämistä sikiöiden kuvaamiseen. Vaikka nämä kärrykokoiset koneet tarjoavat 3D-kuvia, ne maksavat satoja tuhansia dollareita, eivätkä ne ole erityisen kannettavia. Broderin kuvaus on pieni, 3D-tulostettu liite 25 000 dollarin kannettavan tietokoneen kokoiselle 2D-ultraäänilaitteelle.
Hoitokohtaisesta ultraäänitutkimuksesta, jossa lääkärit käyttävät ultraääntä fyysisen tutkimuksen aikana jatkohoidon ilmoittamiseksi, on tulossa yleisempiä - markkinoita, joiden P&S Market Research arvioi kasvavan 7 prosentilla vuodessa vuoteen 2025 saakka, mutta se on silti vajaakäytössä oleva resurssi ", sanoo Chris Fox, Kalifornian Irvine-yliopiston opetus ultraäänijohtaja. Hän opettaa ultraäänitekniikoita lääkäreille monien erikoisalojen välillä, päivystyskeskuksesta sisätautien hoitoon, ultraäänikuvien ottamiseen ja lukemiseen. "Hoidon laatu paranee yksinkertaisesti, kun voit katsella potilaan ihoasi huolissasi olevissa elimissä, suoraan hoitopaikassa, eikä sinun tarvitse odottaa uuden testin palaamista", Fox sanoo.
Ultraääninäkymä vatsaan voi kertoa lääkärille, esiintyykö potilaalla esimerkiksi suoliston tukkeumaa, sappikiviä tai tukkeutunutta munuaista. Hengenahdistus johtuu keuhkokuumeesta, rinnassa olevasta nesteestä tai sydämen ympäröivästä nesteestä. Näillä tavoin lääkärit voivat käyttää ultraääntä määrittämään, onko potilas lähetettävä edelleen kuvantamiseen. Ja he käyttävät usein ultraääntä ohjaamaan neulan sijoittamista laparoskooppisessa leikkauksessa ja muissa toimenpiteissä, jotka edellyttävät työkalujen tarkkaa sijoittamista, koska se voi näyttää reaaliaikaisen kuvan neulaan pääsemästä kudokseen.
Mutta silloin 2D-ultraääni tulee hankalaksi; et näe suurta osaa kudoksesta ja on vaikea erottaa verisuonia, hermoja, lihaksia ja luuta. ”Kaikki mitä näemme on viipale, ja meidän on päätettävä heti, aiommeko tarkastella tätä pitkittäistasolla vai poikittaisella tasolla? Se on hämmentävää, kun joudumme sitoutumaan jompaan kumpaan näistä lentokoneista ”, Fox sanoo. Poikittainen näkymä osoittaisi neulan tulevan katsojaa kohti, ja pitkittäiskuva osoittaisi neulan tulevan sivulta, mutta näissä kahdessa ulottuvuustasossa on erittäin vaikea määrittää syvyyttä, ja siksi onko neula sijoitettu oikein. "Kolmiulotteista ultraääntä on niin paljon helpompi tulkita, että se todella poistaisi tämän epävarmuustekijän, joka mielestäni useilla lääkäreillä on yritettäessä oppia ultraääni."
Yksinkertaisesti sanottuna, 2D-ultraääntä on vaikea käyttää. "Ihmisille, jotka eivät ole koskaan ennen tehneet ultraääntä, on vaikea oppia ottamaan kuvia ja tulkitsemaan niitä", Broder sanoo. "Haluamme, että tämä on niin intuitiivinen tekniikka, että monet erilaiset lääketieteelliset henkilöt voisivat käyttää sitä heti ilman mitään koulutusta."
Broder esitteli American College of Emergency lääkäreiden tutkimusfoorumilla, mitä hän pitää tekniikan ensisijaisena tehtävänä: pienten lasten aivojen kuvantaminen. Alle kahden vuoden ikäisillä lapsilla on pehmeät pääkallat, ja ultraääni näkee ne oikealla puolella ja auttaa diagnosoimaan vesisuuntauksen, jossa aivo-selkäydinneste aiheuttaa paineita aivoissa. Hän käytti sitä tallentaakseen kuvan 7 kuukauden ikäisen lapsen aivoista, kun vauva istui rauhallisesti äitinsä sylissä. Se ei vaatinut säteilyä, kuten CT-skannausta, ja lapsen ei tarvinnut olla liikkumatonta tai rauhoittua, kuten MRI. He vain veivät sauvan pojan pään yli maalausliikkeellä. Kymmenessä sekunnissa se tehtiin.
3D Slicer -niminen avoimen lähdekoodin ohjelmisto tuottaa tuloksen ruudulla kolmella akselilla ja liukusäätimellä, jonka avulla lääkärit voivat avata kuvan ja tarkastella poikkileikkausta. Teknisesti se on pino 2D-kuvia - jopa 1 000 - laitettu vierekkäin, mutta ohjelmisto pystyy myös arvioimaan ominaisuuksien määrän niissä, mikä on erityisen hyödyllistä kasvainten diagnosoinnissa.
"Se on vain paljon dynaamisempi tietojoukko kuin kun otat pysäytyskuvan", Broder sanoo. ”Ajattele kameran valokuvan analogiaa. Kun olet ottanut kuvan, voit leikkiä sen kanssa, mutta jos et pitänyt kuvan ottamasta kulmasta, et voi korjata sitä… kun sinulla on kolmiulotteinen tietojoukko, sinä et todella hallitsee sitä, mitä kysymyksiä haluat kysyä ja kuinka vastaat niihin. "
Jopa kalliimmat ultraäänilaitteet eivät tarjoa CT- tai MRI-kuvan tarkkuutta, eivätkä ne pysty kuvaamaan koko vartaloa, mutta siinä ei ole merkitystä, Broder sanoo. "Haluamme saattaa kustannukset linjaan", hän sanoo. ”Me kärsimme länsimaisessa lääketieteessä tekemällä monia asioita ehkä suuremmalla tarkkuudella kuin tarvitsemme, ja se lisää kustannuksia. Joten haluamme tehdä juuri sen, mitä potilas tarvitsee - tarjota parhaan hoidon edellyttämät yksityiskohdat. "
Hoitopaikan ultraäänikäytön aikana Broderin joukkue ei ole ainoa, joka yrittää parantaa koneita. Johns Hopkinsin lääkäreiden rakentama Clear Guide ONE käyttää myös sauvan kiinnitystä, mutta käyttää visuaalista järjestelmää neulan asettamisen seuraamiseksi, vaikka se onkin rajoitettu tähän sovellukseen. Ja vaikka se tarjoaa vain kaksiulotteista ultraääntä, Clarius-niminen laite paritellaan langattomasti älypuhelimeen, jotta se ohittaa tietokoneen kokonaan ja johtaa hintaan alle 10 000 dollaria.
Broderin laitteen pieni koko ja alhaiset kustannukset tekevät siitä hyödyllisen alueilla ympäri maailmaa, joilla isojen koneiden käyttö on mahdotonta tai ei ole kustannustehokasta. GE suostui myöntämään Broderille 200 000 dollaria avajaisissaan perusteellisessa Point of Care Ultraäänitutkimushaasteessa. Laitteella on tällä hetkellä kliiniset tutkimukset, ja Broderilla ja hänen yhteistyökumppaneillaan on siihen kansainvälinen patentti. Jatkossa Broder kuvittelee laitteen pariliitoksen EKG: n kanssa saadakseen reaaliaikaisen kuvan sykettä. Jos EKG: n tiedot vastaavat ultraäänen ottamia yksittäisiä kuvia, voit lajitella kuvat sen perusteella, milloin ne tapahtuivat sydämen syklin aikana. Tämä "4D" -kuvaus voisi antaa parempia kuvia sydämestä, koska se kompensoi sydämen liikkumisen sekä hengityksen.
"Voimme tehdä paljon samoja asioita, joita kalliit 3D-koneet voivat tehdä, mutta paljon halvemmalla", Broder sanoo. "Olemme juuri tällä uskomattomalla hetkellä, jolloin tietotekniikka on todella helpottanut tekemämme toimintaa."
