Землетрясения создают на Земле волны, которые интерпретируются сейсмографами. Медицинские ультразвуковые аппараты излучают высокочастотные волны, а затем по эхам строят картину скрытых структур.
Ультразвук — это безопасный, доступный и неинвазивный способ увидеть внутренние структуры, в том числе развивающийся плод. Ультразвук также может «видеть» другие мягкие ткани, включая сухожилия, которые прикрепляют мышцы к кости, и связки, которые прикрепляют кость к кости.
Рэй Вандерби, профессор биомедицинской инженерии, ортопедии и реабилитации в Университете Висконсин-Мэдисон, коммерциализирует ультразвуковой метод для анализа состояния мягких тканей.Около 10 лет назад его докторская степень. Студент Хирохито Кобаяши, знакомый с сейсмологией и землетрясениями, «имел аналитическое представление о том, как распространяются волны», — говорит Вандерби. «Я работаю в области ортопедии, поэтому мы разработали уравнения, описывающие физику звуковых волн в живой ткани».
Вандерби запатентовал полученные процессы через Исследовательский фонд выпускников Висконсина, который передал лицензию на технологию Echometrix, стартапу, который Вандерби и Кобаяши основали в 2007 году.Программное обеспечение Echometrix начинается там, где останавливается ультразвуковой аппарат: с интерпретации изображения, которое выводится аппаратом. «Мы можем установить это программное обеспечение на портативный компьютер и использовать изображения с любого ультразвукового прибора», — говорит Вандерби.
По словам Вандерби, обычные ультразвуковые аппараты анализируют волны, отскакивающие от границ тела. Но хотя операторы УЗИ иногда растягивают ткань, чтобы получить лучшее изображение, важность этой тактики не всегда понималась полностью.
Явление растяжения показывает, что на интенсивность волн влияет состояние мягких тканей. «Волны распространяются быстрее в жестком материале, чем в мягком, — говорит Вандерби, — а количество отражающихся волн зависит от жесткости, поэтому было ясно, что отраженный звук говорит нам о жесткости материала».По его словам, в сухожилиях и связках жесткость меняется в зависимости от того, цела ли ткань, повреждена или заживает. «По ультразвуковому изображению мы можем определить, насколько он физически поврежден».Сабрина Браунц, клинический доцент хирургических наук в Школе ветеринарной медицины UW-Madison, использует технологию Echometrix для изучения травм сухожилий у скаковых лошадей.По словам Вандерби, в 2012 году это программное обеспечение было одобрено Управлением по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов и используется в исследованиях на людях для мониторинга лечения травм сухожилий кисти, ахиллова сухожилия и подошвенной фасции стопы. «При подошвенном фасциите трудно сказать, помогает ли лечение», — говорит Вандерби.
Он надеется, что программное обеспечение Echometrix сможет измерить скорость заживления и определить лучшие методы лечения, создавая изображения, которые немедленно отображают и количественно определяют повреждения.Но связки и сухожилия — мясо и картофель спортивных травм — не единственные области применения. «Мы считаем, что любая подверженная стрессу мягкая ткань может иметь такое же физическое поведение, — говорит Вандерби, — поэтому мы могли бы использовать ту же технологию для обнаружения изменений, например, в опухолях или атеросклерозе, когда жесткость указывает на деградацию кровеносных сосудов».
Хотя магнитно-резонансное оборудование также может отображать мягкие ткани, «оно очень дорогое, занимает больше времени, и пациент должен быть ограничен», — говорит Вандерби. «Ультразвук можно использовать динамически; вы можете увидеть, как оно ведет себя, когда ткань нагружена. Это дешево, и это можно сделать в месте оказания медицинской помощи».По словам Вандерби, самым большим препятствием для Echometrix является ускорение анализа. «Первоначальное программное обеспечение было написано аспирантом для исследования, и нас не волновало, займет ли это какое-то время.
Но мы постоянно продвигались в ускорении анализа».По его словам, в клинике все по-другому. «Врачам нужно сразу знать, содержит ли изображение нужную им информацию».По словам Вандерби, поскольку стареющее американское население стремится оставаться активным, технология, облегчающая их возвращение на теннисный корт или беговую дорожку, имеет очевидную привлекательность. «Оглядываясь назад, можно сказать, что эта информация была там все время.
У нас просто было понимание, чтобы придумать, как ее интерпретировать».