Joshua Broder menggunakan telefon bimbit Wii untuk memukul bola ping-pong bolak-balik ketika gagasan itu melanda. Doktor kecemasan di Pusat Perubatan Universiti Duke, dia menggunakan ultrasound untuk memahami apa yang berlaku di dalam tubuh pesakit, dan merawat luka dan penyakit. Tetapi gambar yang dia dapat, sementara cukup cepat untuk beroperasi dalam masa nyata, adalah dua dimensi dan sukar untuk dihuraikan.
"Pengawal di tangan saya benar-benar satu perkara yang murah, " katanya. "Kenapakah peranti perubatan yang mahal tidak menggunakan teknologi kos rendah seperti itu?"
Dengan beberapa bantuan dari jurutera di Duke dan Stanford, Broder 3D mencetak badan untuk tongkat ultrabunyi yang dimaksudkan untuk menempatkan pecutan dan gyroscopes yang sama seperti yang terdapat dalam telefon atau Wiimote. Peranti kecil ini, yang telah menjadi kebiasaan dan murah terima kasih kepada revolusi telefon pintar, bekerjasama untuk menentukan sudut, kedudukan dan orientasi telefon anda, supaya anda boleh bermain permainan, menjaga skrin tegak dan gerak isyarat menggunakan. Dilampirkan pada tongkat ultrasound, yang memancarkan dan menerima ultrasound seperti radar, sensor yang sama mengesan kedudukannya yang tepat. Kemudian, sebagai imej yang diambil, perisian menggunakan maklumat itu untuk menjahit mereka bersama-sama ke dalam fail tiga dimensi. Pengeluaran, walaupun tidak menghampiri kualiti gambar imbasan MRI atau CT, lebih mudah difahami daripada imej ultrasound 2D, yang boleh kelihatan kasar dan mengelirukan.
Mesin ultrabunyi Broder yang dibina di atas adalah berbeza daripada yang digunakan doktor untuk janin yang belum lahir. Walaupun mesin beroda kereta itu menyediakan imej 3D, mereka berharga ratusan ribu dolar, dan tidak begitu mudah alih. Apa yang dimaksudkan oleh Broder ialah lampiran kecil yang dicetak 3D untuk $ 25, 000, mesin ultrabunyi 2D bersaiz komputer riba.
Ubat ultrasound, yang mana doktor menggunakan ultrasound semasa peperiksaan fizikal untuk memaklumkan penjagaan lanjut, menjadi lebih biasa-sebuah pasaran yang P & S Research Market menjangka berkembang pada kadar 7 peratus setahun hingga 2025-tetapi masih menjadi sumber yang kurang digunakan, kata Chris Fox, pengarah ultrasound pengajaran di University of California-Irvine. Dia mengajar teknik ultrasound kepada doktor dalam pelbagai kepakaran, dari bilik kecemasan ke ubat dalaman, bagaimana untuk menangkap dan membaca imej ultrasound. "Kualiti penjagaan hanya meningkat apabila anda dapat melihat kulit pesakit di organ yang anda prihatin, di sana pada titik penjagaan, dan tidak perlu menunggu ujian lain untuk kembali, " kata Fox.
Pandangan ultrasound ke dalam perut boleh memberitahu doktor sama ada pesakit mengalami halangan usus, batu empedu atau buah pinggang yang disekat, contohnya. Sesak nafas boleh disebabkan oleh pneumonia, cecair di dada atau cecair di sekitar jantung. Dalam cara ini, doktor boleh menggunakan ultrasound untuk menentukan sama ada pesakit perlu dihantar untuk pengimejan lanjut atau tidak. Dan mereka sering menggunakan ultrasound untuk membimbing penempatan jarum dalam pembedahan laparoskopi dan prosedur lain yang memerlukan penempatan alat yang tepat, kerana ia dapat menunjukkan imej masa nyata jarum yang memasuki tisu.
Tetapi itulah di mana ultrasound 2D mendapat rumit; anda tidak dapat melihat banyak tisu dan sukar untuk membezakan vasculature, saraf, otot dan tulang. "Apa yang kita lihat adalah kepingan, dan kita perlu membuat keputusan sekarang, adakah kita akan melihat ini dalam pesawat longitud, atau pesawat melintang? Ini membingungkan untuk berkomitmen kepada salah satu daripada dua pesawat itu, "kata Fox. Pandangan yang melintang akan menunjukkan jarum yang datang ke arah penonton, dan pandangan membujur akan menunjukkan jarum masuk dari sisi, tetapi dalam kedua-dua pesawat dimensi itu sangat sukar untuk menentukan kedalaman, dan oleh itu sama ada jarum berada dengan betul. "Ultrasound tiga dimensi lebih mudah untuk menafsirkan bahawa ia benar-benar akan menghilangkan lapisan ketidakamanan ini. Saya fikir banyak doktor mempunyai, ketika datang untuk cuba mempelajari ultrasound."
Lebih mudah, ultrasound 2D sukar digunakan. "Sukar untuk orang yang tidak pernah melakukan ultrasound sebelum belajar bagaimana untuk mengambil gambar dan mentafsir mereka, " kata Broder. "Kami mahu ini menjadi teknologi intuitif yang banyak kakitangan perubatan yang berbeza boleh menggunakannya dengan segera dengan hampir tiada latihan."
Membentangkan di forum penyelidikan Doktor Perubatan Amerika, Broder menerangkan apa yang dilihatnya sebagai fungsi utama teknologi: pengimejan otak pada kanak-kanak kecil. Anak-anak di bawah umur dua tahun mempunyai tengkorak lembut, dan ultrasound dapat melihat tepat, dan membantu mendiagnosis hidrosefalus, di mana cecair cerebrospinal menyebabkan tekanan di dalam otak. Dia menggunakannya untuk merekodkan imej otak seorang anak berusia 7 bulan, manakala bayi itu duduk dengan tenang di pangkuan ibunya. Ia tidak memerlukan radiasi, seperti imbasan CT, dan kanak-kanak itu tidak perlu bergerak atau dipanaskan, seperti MRI. Mereka hanya menarik tongkat di kepala budak, dalam gerakan lukisan. Dalam sepuluh saat itu telah dilakukan.
Perisian sumber terbuka yang dipanggil Slicer 3D menjadikan hasilnya pada skrin dengan tiga paksi dan slider yang membolehkan pakar perubatan membuka gambar dan melihat bahagian silang. Secara teknikalnya, ia adalah timbunan imej 2D-sehingga 1, 000 daripada mereka-dibentangkan di sebelah satu sama lain, tetapi perisian juga boleh menganggarkan jumlah ciri-ciri di dalamnya, yang amat berguna dalam mendiagnosis tumor.
"Ia hanya satu dataset yang lebih dinamik daripada ketika anda mengambil gambar yang masih ada, " kata Broder. "Fikirkan analogi gambar di kamera anda. Sebaik sahaja anda telah mengambil gambar itu, anda boleh bermain-main dengannya, tetapi jika anda tidak suka sudut yang anda ambil gambar itu, anda tidak boleh memperbaikinya ... apabila anda mempunyai dataset tiga dimensi, anda benar-benar mempunyai banyak kawalan ke atas soalan yang anda ingin tanyakan dan bagaimana anda menjawabnya. "
Malah mesin ultrasound yang lebih mahal tidak menawarkan ketepatan pencitraan CT atau MRI, dan juga tidak boleh menggambarkan seluruh badan, tetapi itu bukan perkara, kata Broder. "Kami mahu membawa kos sejajar, " katanya. "Kami menderita dalam perubatan barat dengan melakukan banyak perkara untuk mungkin ke tahap ketepatan atau ketepatan yang lebih besar dari yang kita perlukan, dan itu mendorong kos yang tinggi. Oleh itu, apa yang kita mahu lakukan adalah apa yang pesakit memerlukan - memberikan tahap terperinci yang diperlukan untuk penjagaan terbaik mereka. "
Sebagai lonjakan penggunaan ultrabunyi di tempat rawatan, pasukan Broder bukanlah satu-satunya yang cuba memperbaiki mesin. Panduan Jelas SATU, yang dibina oleh doktor dari Johns Hopkins, juga menggunakan lampiran tongkat, tetapi menggunakan sistem visual untuk mengesan kemasukan jarum, walaupun ia terhad kepada aplikasi itu. Dan, sementara ia hanya menawarkan ultrasound dua dimensi, sebuah peranti yang dipanggil pasangan Clarius tanpa wayar ke telefon pintar untuk menghindar komputer sama sekali dan memacu harga turun di bawah $ 10, 000.
Saiz kecil dan kos rendah peranti Broder menjadikannya berguna di kawasan di seluruh dunia di mana ia tidak mungkin atau tidak kos efektif untuk menggunakan mesin yang lebih besar. GE bersetuju, memberikan Broder $ 200, 000 dalam Cabaran Penyelidikan Ultrasound Titik Penjagaan yang pertama. Oleh kerana itu, peranti sedang menjalani ujian klinikal, dan Broder dan kolaboratornya memegang paten antarabangsa di atasnya. Pada masa akan datang, Broder membayangkan memasangkan peranti dengan EKG untuk mendapatkan pengimejan masa nyata degupan jantung. Sekiranya data dari EKG dipadankan dengan imej individu yang diambil oleh ultrasound, anda boleh mengisikan gambar berdasarkan apabila ia berlaku dalam kitaran jantung. Pencitraan "4D" ini dapat memberikan gambaran yang lebih baik di hati, kerana ia memberi kompensasi untuk gerakan jantung itu sendiri, serta pernafasan.
"Kita boleh melakukan banyak perkara yang sama seperti mesin 3D mahal, tetapi pada kos yang lebih rendah, " kata Broder. "Kami berada di masa yang luar biasa ini di mana teknologi pengkomputeran telah benar-benar memudahkan apa yang telah kami lakukan."
