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Novo Curativo Monitora o Sangue no Cérebro em Tempo Real

Engenheiros da Universidade da Califórnia em San Diego desenvolveram um patch de ultrassom vestível que oferece monitoramento contínuo e não invasivo do fluxo sanguíneo no cérebro. O patch, macio e elástico, pode ser confortavelmente usado na têmpora para fornecer dados tridimensionais sobre o fluxo sanguíneo cerebral – uma inovação na tecnologia vestível. Uma equipe de pesquisadores liderada por Sheng Xu, professor no Departamento de Engenharia Química e Nanoengenharia Aiiso Yufeng Li da Escola de Engenharia Jacobs da UC San Diego, publicou sua nova tecnologia na Nature. O patch de ultrassom vestível marca um avanço significativo em relação ao padrão clínico atual, chamado ultrassom Doppler transcraniano.

Este método requer que um técnico treinado segure uma sonda de ultrassom contra a cabeça do paciente. O processo tem suas desvantagens, no entanto. Ele depende do operador, portanto a precisão da medição pode variar com base na habilidade do operador. Além disso, é impraticável para uso a longo prazo. A equipe desenvolveu um dispositivo que supera esses obstáculos. Seu patch de ultrassom vestível oferece uma solução sem o uso das mãos, consistente e confortável, que pode ser usado continuamente durante a estadia de um paciente no hospital. “A capacidade de monitoramento contínuo do patch preenche uma lacuna crítica nas práticas clínicas atuais”, coautor do estudo e candidato a doutorado em ciência e engenharia de materiais no laboratório de Xu.

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“Normalmente, o fluxo sanguíneo cerebral é monitorado em momentos específicos do dia, e essas medições não refletem necessariamente o que pode acontecer durante o restante do dia. Pode haver flutuações não detectadas entre as medições. Se um paciente está prestes a ter um AVC no meio da noite, este dispositivo pode oferecer informações cruciais para uma intervenção oportuna.” Pacientes que estão passando por cirurgias cerebrais e se recuperando delas também podem se beneficiar desta tecnologia, observou Geonho Park, outro coautor deste estudo e estudante de doutorado em engenharia química e nanoengenharia no laboratório. O patch, aproximadamente do tamanho de um selo postal, é construído a partir de um elastômero de silicone embutido com várias camadas de eletrônicos elásticos.

Uma camada consiste em uma matriz de pequenos transdutores piezoelétricos, que produzem ondas de ultrassom quando estimulados eletricamente e recebem ondas de ultrassom refletidas do cérebro.  Outro componente chave é uma camada de malha de cobre – feita de fios em forma de mola – que melhora a qualidade do sinal ao minimizar a interferência do corpo e do ambiente do usuário. O restante das camadas consiste em eletrodos elásticos. Durante o uso, o patch é conectado por cabos a uma fonte de energia e a um computador. Para alcançar o monitoramento 3D, os pesquisadores integraram a imagem de ultrassom ultrarrápida ao sistema. Ao contrário do ultrassom padrão, que captura cerca de 30 imagens por segundo, a imagem ultrarrápida captura milhares de imagens por segundo.

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Essa alta taxa de quadros é necessária para coletar dados robustos dos transdutores piezoelétricos no patch, que de outra forma sofreriam com a baixa intensidade do sinal devido à forte reflexão do crânio. Os dados são então pós-processados usando algoritmos personalizados para reconstruir informações tridimensionais, como o tamanho, ângulo e posição das principais artérias do cérebro. “A vasculatura cerebral é uma estrutura complexa com múltiplos vasos ramificados. Você precisa de um dispositivo capaz de capturar essas informações tridimensionais para obter uma visão completa e obter medições mais precisas”, disse Xinyi Yang, outro co-autor deste estudo e estudante de doutorado em ciência e engenharia de materiais no laboratório de Xu.

Neste estudo, o patch foi testado em 36 voluntários saudáveis para sua capacidade de medir velocidades do fluxo sanguíneo – velocidades sistólica máxima, fluxo médio e velocidades diastólica final – nas principais artérias do cérebro. Os participantes realizaram atividades que afetam o fluxo sanguíneo, como apertar a mão, prender a respiração e ler. As medições do patch corresponderam de perto às obtidas com uma sonda de ultrassom convencional. Em seguida, os pesquisadores planejam colaborar com médicos da Escola de Medicina da UC San Diego para testar o patch em pacientes com condições neurológicas que impactam o fluxo sanguíneo cerebral. Xu co-fundou uma empresa startup chamada Softsonics para comercializar essa tecnologia.

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