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Des ingénieurs de l’université de Californie à San Diego ont mis au point un patch à ultrasons souple et extensible, qui peut être porté sur la peau pour surveiller le flux sanguin dans les principales artères et veines du corps d’une personne. Ce nouveau patch à ultrasons peut surveiller en continu et en temps réel le flux sanguin, la pression artérielle et la fonction cardiaque. Le port d’un tel dispositif pourrait faciliter l’identification précoce des problèmes cardiovasculaires.

Un patch très efficace

Ce patch peut être porté sur le cou ou la poitrine. La particularité de ce patch est qu’il peut détecter et mesurer les signaux cardiovasculaires jusqu’à 14 centimètres de profondeur dans le corps de manière non invasive. Et il peut le faire avec une grande précision.

« La détection de signaux à de telles profondeurs est extrêmement difficile pour les appareils électroniques portables. Pourtant, c’est là que sont enfouis les signaux les plus critiques du corps et les organes centraux », a déclaré Chonghe Wang, ancien étudiant diplômé en nano-ingénierie dans le laboratoire de Xu et coauteur principal de cette étude.

« Nous avons conçu un dispositif portable capable de pénétrer dans les tissus à une telle profondeur et de détecter ces signaux vitaux bien en dessous de la peau. Cette technologie peut apporter de nouvelles perspectives dans le domaine des soins de santé. Une autre caractéristique innovante du patch est que le faisceau d’ultrasons peut être incliné à différents angles et dirigé vers des zones du corps qui ne sont pas directement sous le patch.

Il s’agit d’une première dans le domaine de la technologie portable, explique M. Xu, car les capteurs portables existants ne surveillent généralement que les zones situées juste en dessous d’eux. « Si vous voulez détecter des signaux à un endroit différent, vous devez déplacer le capteur à cet endroit. Avec ce patch, nous pouvons sonder des zones plus larges que l’empreinte de l’appareil. Cela peut ouvrir de nombreuses possibilités. »

Comment cela fonctionne-t-il ?

Ce patch est constitué d’une fine feuille de polymère flexible et étirable qui adhère à la peau. Un réseau de transducteurs à ultrasons de taille millimétrique est intégré au patch. Chacun d’entre eux est contrôlé individuellement par un ordinateur. Ce type de réseau est connu sous le nom de réseau ultrasonique en phase. Il s’agit d’un élément-clé de la technologie, car il permet au patch de pénétrer plus profondément et plus largement.

Le réseau phasé offre deux modes de fonctionnement principaux. Dans un mode, tous les transducteurs peuvent être synchronisés pour transmettre ensemble des ondes ultrasonores, ce qui produit un faisceau ultrasonore de haute intensité qui se concentre sur un point situé jusqu’à 14 centimètres de profondeur dans le corps. Dans l’autre mode, les transducteurs peuvent être programmés pour émettre de façon désynchronisée, ce qui produit des faisceaux d’ultrasons qui peuvent être orientés vers différents angles.

Le réseau phasé consiste en une grille de 12 par 12 de transducteurs à ultrasons. Lorsque l’électricité traverse les transducteurs, ceux-ci vibrent et émettent des ondes ultrasonores qui traversent la peau et pénètrent profondément dans le corps. Lorsque les ondes ultrasonores pénètrent dans un vaisseau sanguin important, elles rencontrent le mouvement des globules rouges qui circulent à l’intérieur.

Ce mouvement modifie ou déplace la façon dont les ondes ultrasonores sont renvoyées vers le patch, un effet connu sous le nom de décalage de fréquence Doppler. Ce décalage des signaux réfléchis est capté par le patch et utilisé pour créer un enregistrement visuel du flux sanguin. Ce même mécanisme peut également être utilisé pour créer des images en mouvement des parois du cœur.

Un changement de jeu potentiel en clinique

Pour de nombreuses personnes, le débit sanguin n’est pas un élément qui est mesuré lors d’une visite régulière chez le médecin. Il est généralement évalué lorsqu’un patient présente des signes de problèmes cardiovasculaires ou lorsqu’il est à haut risque.

L’examen standard du débit sanguin en lui-même peut prendre du temps et demander beaucoup de travail. Un technicien qualifié appuie une sonde à ultrasons manuelle sur la peau du patient et la déplace d’une zone à l’autre jusqu’à ce qu’elle se trouve directement au-dessus d’un vaisseau sanguin important. Cela peut sembler simple, mais les résultats peuvent varier selon les tests et les techniciens.

Ce patch étant simple à utiliser, il pourrait résoudre ces problèmes, a déclaré Sai Zhou, étudiant en doctorat en science et ingénierie des matériaux et coauteur de cette étude. « Il suffit de le coller sur la peau, puis de lire les signaux. Cela ne dépend pas de l’opérateur et ne représente aucun travail ou charge supplémentaire pour les techniciens, les cliniciens ou les patients », a-t-il ajouté. « À l’avenir, les patients pourraient porter quelque chose comme ça pour effectuer un suivi ponctuel ou continu à domicile. »

De très bons résultats

Lors des tests, ce patch a donné d’aussi bons résultats qu’une sonde à ultrasons commerciale utilisée dans une clinique. Il a enregistré avec précision le flux sanguin dans les principaux vaisseaux sanguins tels que l’artère carotide, une artère du cou qui alimente le cerveau en sang. La possibilité de surveiller les changements de ce flux pourrait, par exemple, aider à identifier si une personne est à risque d’accident vasculaire cérébral bien avant l’apparition des symptômes.

Les chercheurs soulignent que ce patch a encore un long chemin à parcourir avant d’être prêt pour la clinique. Actuellement, il doit être connecté à une source d’énergie, l’équipe de Xu travaille donc à l’intégration de toute l’électronique sur ce patch pour le rendre sans fil.

Cette recherche a été publiée dans Nature Biomedical Engineering.

Source : University of California – San Diego
Crédit photo : Pexels

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