ג'ושוע ברודר השתמש במכשיר Wii כדי לנגח כדור פינג פונג הלוך וחזור כשהרעיון התפוצץ. רופא חירום במרכז הרפואי של אוניברסיטת דיוק, הוא משתמש באולטרסאונד כדי להבין מה קורה בגופו של המטופל, ולטיפול בפצעים ומחלות. אבל התמונה שהוא מקבל, אף שהיא מהירה מספיק כדי לפעול בזמן אמת, היא דו ממדית וקשה לניתוח.
"הבקר שבידי הוא באמת דבר לא יקר", הוא חשב. "מדוע מכשירים רפואיים יקרים אינם משתמשים בטכנולוגיה בעלות נמוכה מסוג זה?"
בעזרת קצת מהנדסים מדוכס וסטנפורד, ברודר 3D הדפיס גוף עבור שרביט אולטרסאונד שנועד להכיל מדי תאוצה וג'ירוסקופים הדומים לאלה שנמצאים בטלפונים או ב- Wiimotes. המכשירים הקטנים הללו, שהפכו לכל מקום וזולים בזכות מהפכת הסמארטפונים, עובדים יחד כדי לקבוע את הזווית, המיקום וההתמצאות של הטלפון שלכם, כך שתוכלו לשחק משחקים, לשמור על המסך זקוף ולהשתמש במחוות. אותם חיישנים מחוברים לשרביט האולטרסאונד, הפולט ומקבל את האולטראסאונד כמו מכ"ם. אותם חיישנים עוקבים אחר מיקומו המדויק. ואז, עם התמונות, התוכנה משתמשת במידע זה כדי לתפור את כולם לקובץ תלת מימדי. הפלט, אף שאינו מתקרב לאיכות התמונה של בדיקת MRI או CT, קל הרבה יותר להבנה מתמונת אולטרסאונד דו-ממדי, שיכולה להיראות גרגרית ומבלבלת.
מכונות האולטראסאונד שבראדר בונה עליהן שונות מאלה שהרופאים משתמשים בהן כדי לדמיין עוברים שטרם נולדו. בעוד שמכונות בגודל עגלה אלה מספקות תמונות תלת מימד, הן עולות מאות אלפי דולרים ואינן ניידות במיוחד. מה שברודר מתאר הוא קובץ מצורף מודפס בתלת מימד עבור מכונת אולטרסאונד דו מימדית של 25, 000 $ בגודל מחשב נייד.
אולטרסאונד מנקודת הטיפול, בו רופאים משתמשים באולטרסאונד במהלך בדיקה גופנית כדי להודיע על טיפול נוסף, הופך להיות נפוץ יותר - שוק שמחקרי שוק של P&S מצפים לגדול בשיעור של 7 אחוזים בשנה עד 2025 - אך הוא עדיין נשאר משאב מנוצל., אומר כריס פוקס, מנהל אולטרסאונד הדרכה באוניברסיטת קליפורניה-אירווין. הוא מלמד טכניקות אולטראסאונד לרופאים במגוון רחב של התמחויות, מחדר המיון ועד רפואה פנימית, כיצד ללכוד ולקרוא תמונות אולטרסאונד. "איכות הטיפול פשוט משתפרת כאשר אתה יכול להסתכל דרך עורו של המטופל אל האיברים שאתה דואג להם, ממש שם בנקודה של הטיפול, ולא צריך לחכות לבדיקה נוספת שתחזור, " אומר פוקס.
מבט אולטרסאונד לבטן יכול לומר לרופא אם המטופל חווה חסימת מעי, אבן מרה או כליה חסומה, למשל. ניתן לייחס את קוצר הנשימה לדלקת ריאות, נוזלים בחזה או נוזלים סביב הלב. בדרכים אלו רופאים יכולים להשתמש באולטרסאונד כדי לקבוע אם יש לשלוח מטופל להמשך הדמיה או לא. והם משתמשים לעתים קרובות באולטרסאונד כדי להנחות את מיקום המחט בניתוחים לפרוסקופיים ובנהלים אחרים הדורשים מיקום מדויק של כלי עבודה, מכיוון שהוא יכול להראות תמונה בזמן אמת של המחט הנכנסת לרקמה.
אבל זה המקום בו אולטרסאונד דו מימדי נהיה מסובך; אי אפשר לראות הרבה מהרקמה וקשה להבדיל בין כלי דם, עצבים, שרירים ועצמות. "כל מה שאנחנו רואים הוא פרוסה, ועלינו להחליט ברגע זה, האם אנו הולכים להסתכל על זה במישור אורכי, או במישור רוחבי? זה מבלבל להיות חייב להתחייב לאחד משני המטוסים האלה, "אומר פוקס. מבט רוחבי יראה את המחט מתקרבת אל הצופה, ותצוגה אורכית הייתה מציגה את המחט הנכנסת מהצד, אך בשני המישורים הממדים הללו קשה מאוד לקבוע עומק, ולכן האם המחט ממוקמת כראוי. "אולטראסאונד תלת מימדי קל כל כך לפירוש שהוא באמת היה מסיר את שכבת חוסר הביטחון הזו. אני חושב שיש להרבה רופאים בכל מה שקשור לנסיון ללמוד אולטרסאונד."
במילים פשוטות יותר, אולטרסאונד דו מימדי קשה לשימוש. "קשה לאנשים שמעולם לא עשו אולטרסאונד לפני ללמוד לצלם ולפרש אותם", אומר ברודר. "אנו רוצים שזו תהיה טכנולוגיה כל כך אינטואיטיבית שרבים מהאנשים הרפואיים השונים יוכלו להשתמש בה באופן מיידי כמעט ללא הכשרה."
ברודר, שהגיש בפורום המחקר האמריקני לרופאי חירום, תיאר את מה שהוא רואה כפונקציה ראשונה של הטכנולוגיה: הדמיית מוח אצל ילדים צעירים. לילדים מתחת לגיל שנתיים יש גולגולות רכות, ואולטראסאונד יכול לראות ממש פנימה, ולעזור לאבחן הידרוצפלוס, שם נוזל המוח השדרה גורם ללחץ במוח. הוא השתמש בזה כדי לתעד תמונה של מוחו של ילד בן 7 חודשים, בעוד התינוק ישב בשלווה בחיקה של אמו. זה לא נדרש קרינה, כמו בדיקת CT, והילד לא היה צריך להיות חסר תנועה או להרגעה, כמו MRI. הם פשוט משכו את השרביט על ראשו של הילד, בתנועת ציור. תוך עשר שניות זה נעשה.
תוכנת קוד פתוח בשם 3D Slicer מביאה את התוצאה למסך עם שלושה צירים ומחוון המאפשר לרופאים לפתוח את התמונה ולהציג חתך רוחב. מבחינה טכנית מדובר בערימה של תמונות דו מימדיות - עד 1, 000 מהן - מונחות זו לצד זו, אך התוכנה יכולה גם להעריך את נפח התכונות שבתוכן, דבר שימושי במיוחד באבחון גידולים.
"זה פשוט מערך נתונים דינאמי בהרבה מאשר כשאתה מצטלם, " אומר ברודר. "חשוב על האנלוגיה של צילום במצלמה שלך. לאחר שצילמתם את התמונה, תוכלו לשחק איתה, אבל אם לא אהבתם את הזווית ממנה צילמתם את התמונה, אינכם יכולים לתקן אותה… כשיש לכם מערך תלת מימדי, אתם באמת יש לך שליטה רבה על השאלות שאתה רוצה לשאול ואיך אתה עונה עליהן. "
אפילו מכונות האולטראסאונד היקרות יותר אינן מציעות את הדיוק של דימות CT או MRI, והן אינן יכולות לדמיין גוף שלם, אבל זה לא העניין, אומר ברודר. "אנחנו רוצים להביא את העלות לתור", הוא אומר. "אנו סובלים ברפואה המערבית בכך שעושים הרבה דברים אולי במידה רבה יותר של דיוק או דיוק ממה שאנחנו צריכים, וזה גורם לעלות גבוהה. אז מה שאנחנו רוצים לעשות זה בדיוק מה שהמטופל צריך - לספק את רמת הפרטים הנדרשים לטיפול הטוב ביותר שלו. "
כגלולי שימוש באולטרה-סאונד בטיפול נקודתי, הצוות של ברודר אינו היחיד שמנסה לשפר את המכונות. מדריך ברור ONE, שנבנה על ידי רופאים מג'ונס הופקינס, משתמש גם במצורף שרביט, אך מעסיק מערכת חזותית כדי לעקוב אחר הכנסת המחט, אם כי היא מוגבלת ליישום זה. ואף שהוא מציע אולטראסאונד דו-ממדי בלבד, מכשיר בשם Clarius מתיישר באופן אלחוטי לסמארטפון כדי לעקוף את המחשב לחלוטין ולהנמיך את המחיר מתחת ל -10, 000 דולר.
הגודל הקטן והעלות הנמוכה של המכשיר של ברודר הופכת אותו לשימושי באזורים ברחבי העולם שבהם אי אפשר או לא חסכוני להשתמש במכונות הגדולות יותר. GE הסכימה, והעניקה לברודר 200, 000 דולר במסגרת אתגר המחקר האולטראסאונד של נקודת הטיפול שלה. כשמה כן הוא, המכשיר עובר כעת ניסויים קליניים, וברודר ומשתפי הפעולה שלו מחזיקים בפטנט בינלאומי עליו. בעתיד, ברודר מדמיין את ההתאמה בין המכשיר ל- EKG בכדי לקבל תמונות בזמן אמת של פעימות לב. אם הנתונים של ה- EKG מותאמים לתמונות הבודדות שצולמו על ידי האולטראסאונד, תוכלו למיין את התמונות על סמך מתי התרחשו במחזור הלב. הדמיה "4D" זו יכולה לתת תמונות טובות יותר של הלב, מכיוון שהיא מפצה על תנועת הלב עצמו, כמו גם על הנשימה.
"אנחנו יכולים לעשות הרבה מאותם דברים שמכונות התלת מימד היקרות יכולות לעשות, אך בעלות נמוכה בהרבה, " אומר ברודר. "אנחנו בדיוק בזמן המדהים הזה בו טכנולוגיות המחשוב באמת הקלו את מה שעשינו."
