W medycynie ultradźwięki o wysokiej częstotliwości (USA) od I do 10 MHz stosuje się zarówno do celów diagnostycznych, jak i terapeutycznych. Fale akustyczne emitowane przez USA są fale stojące, które mają ograniczoną głębokość penetracji ciała, więc na tkankach zewnętrznych są bardziej dotknięte przez USA o wysokiej częstotliwości niż narządy wewnętrzne. Osobliwością stojących fal akustycznych jest to, że gromadzą czerwone krwinki (RBC) w punktach węzłowych, tj. Agregują je. Po raz pierwszy w praktyce medycznej, przy użyciu analizatora krwi za pomocą algorytmów sztucznej inteligencji, określono wpływ o niskiej częstotliwości o różnej intensywności i czasie trwania parametrów hemodynamicznych, ujawniając możliwość dysocjacji agregatów RBC [1]. Dzieje się tak z powodu podróżujących fal akustycznych wywołanych przez USA o niskiej częstotliwości, gdy cząsteczki hemoglobiny zwiększają wymianę gazu na powierzchniach oddechowych na całym powierzchni rozebranych RBC.
Bezpieczeństwo narażenia USA jest bardzo ważne dla zdrowia pacjenta. Zgodnie ze standardem społeczeństwa ultradźwiękowego poziom intensywności akustycznej emitowany przez medyczne urządzenia diagnostyczne ultrasonograficzne w zakresie częstotliwości 1-10 MHz nie może przekraczać 1000 MW/ cm2. Mając na uwadze, że wraz ze spadkiem częstotliwości ultradźwiękowej jego długość fali wzrasta, a jednocześnie penetracja, niska częstotliwość (do 100 kHz) jest bardziej odpowiednia do terapii nieinwazyjnej, ale brakuje skutecznych środków do stworzenia takiego efektu akustycznego. Intensywność akustyczna zmniejsza się wykładniczo i proporcjonalnie do współczynnika tłumienia tkanki podłoża biologicznego i głębokości działania. W przeciwieństwie do powszechnie stosowanych przetworników ultradźwiękowych, które generują wyłącznie podłużne tryby wibracji, przy użyciu cyfrowych bliźniaków naszych opracowanych i opatentowanych przetworników piezoelektrycznych o niskiej częstotliwości [2] Działa w promieniu wibracji. To przemieszczenie promieniowe zwiększa penetrację sygnału akustycznego, zmniejsza dyspersję sygnału i pozwala na zwiększenie efektu akustycznego w głębszych tkankach biologicznych, dzięki czemu opracowane urządzenie może być dostosowane do celów terapeutycznych.
Pomiary fizjologicznych parametrów znieczulonych owiec wykazały, że penetracja fal ultradźwiękowych przez tkanki biologiczne emitowane przez nasze opracowane urządzenie jest 4 razy wyższe niż w przypadku używanych do tej pory urządzeń [3]. Spadek ciśnienia krwi występuje ze względu na zmniejszoną liczbę pojedynczych RBC na jednostkę objętości krwi narażonej na US o niskiej częstotliwości w porównaniu z liczbą RBC w agregatach krwi, które nie mają wpływu ultradźwięki. To znacząco zmniejsza lepkość krwi, ponieważ lepkość ludzkiej krwi jest wprost proporcjonalna do hematokrytu (stężenie RBC), który jest odpowiedzialny za transport tlenu i dwutlenku węgla. Badania in vivo owiec wykazały większą niż 10-15% poprawę nasycenia tlenu płuc oraz zmniejszenie ciśnienia krwi i częstości akcji serca w ciągu 7 minut.
Zastosowania ujawnionych cech hemodynamicznych i opracowanego sprzętu w przyszłości mogą być związane z możliwościami zniszczenia płytek zastawki serca poprzez precyzyjne skupienie na nich sygnał akustyczny o niskiej częstotliwości, promując gojenie się ran lub zwiększając wydajność procesu gojenia, poprzez kierowanie lekami enkapsulowanymi w RBC do określonych organów ludzkiego ciała. Możliwość rozbicia biofilmów z ultradźwiękiem, dzięki czemu antybiotyki są bardziej skuteczne, a także krążenie mózgu ulepszające przez dodatkowy dwutlenek węgla są również obiecujące, ponieważ w wyniku ekspozycji na niską częstotliwość hemoglobina transportuje nie tylko więcej tlenu z płuc, ale także dwutlenku węgla z biotyczków.
Referencje dziennika
1. Ostagevicius V, Pealause-Tarasevicine, Lesauskaite V, Jurenas V, Tatarunas V, strepicius E, Tunaitete A, Venslauskaskas M, Kizauszekene L. Predycja Chiang w krwi indukowanej przez niską frequed przez niską zależność od niskiej prognozowania przez niską frequed zadawane przez nisko wystrzelone 2023, 6 (6), 99; Doi: doi: https://doi.org/10.3390/asi6060099
2. Ostasevicius V, Jurenas V, Mikuckyte S, Vezys J, Stankevicius E, Bubulis A, Venslauskas M, Kizausskiene L. Opracowanie ultrasonicowego przepustownika o niskiej częstotliwości do sonikacji tkanki biologicznej. Czujniki, 2023; 23 (7): 1-16. https://doi.org/10.3390/s23073608
3. Ostasevicius V, Jurenas V, Venslauskas M, Kizausskiene L, Zigantaite V, Stankevicius E, Bubulis A, Vezys J, Mikuckyte S. Ultradźwięki o niskiej częstotliwości do leczenia nadciśnienia płucnego, Badania nad wodą, oddech, 2024; 70 (25): 1-12. https://doi.org/10.1186/s12931-024-02713-5
O autorze
Prof. Dr Hab. Vytautas ostevičius, Akademicki litewskiej i królewskiej szwedzkiej akademii nauki, dyrektor Mechatronics Institute of Kaunas University of Technology, profesor. Specjalizuje się w rozwoju mechatronicznych urządzeń ultradźwiękowych. Spośród 15 napisanych przez niego książek 3 są publikowane przez Springer Nature. Jest autorem 150 artykułów naukowych i 50 wynalazków/patentów. Jego badania naukowe związane są z zastosowaniem cyfrowych bliźniaków i metodami sztucznej inteligencji do opracowywania systemów technologicznych i biomechanicznych. Był liderem projektów Hi-Tech: „Nieinwazyjne urządzenie i metody leczenia nadciśnienia płucnego i zespołu ostrego stresu oddechowego”, „Zdrowe starzenie”, „Wysokie technologie dla zdrowia ludzkiego”, „Opracowanie metod i sprzętu do monitorowania aktywnego ruchu”, „Opracowanie technologii systemu czujników w celu monitorowania ludzkich danych fizjologicznych zatrudniających meme, IT i inteligentnych technologii tekstu”. Podczas wdrażania tych projektów badano problemy zdrowotne, dziesiątki urządzeń do poprawy zdrowia ludzkiego zostały zaprojektowane, wyprodukowane i opatentowane.
