Prelomová ultrazvuková metóda dokáže odhaliť napätie v ľudskom tkanive

Ultrazvukové zariadenie vysiela vysokofrekvenčné zvukové vlny smerom k vnútorným štruktúram tela a zaznamenáva ich odraz a podľa rôzne rýchleho prechodu cez tkanivá generuje ich obraz v reálnom čase. Ultrazvuk je lacnejší, rýchlejší a dostupnejší ako iné zobrazovacie techniky, ako je MRI. Navyše môže zobraziť abnormality, ktoré možno vidieť iba pri pohybe, napríklad ochorenie ramenného kĺbu. No zatiaľ čo ultrazvuk poskytuje cenné informácie na diagnostiku a liečbu rôznych chorôb a stavov, má aj svoje obmedzenia.

Jedným z nich je neschopnosť ultrazvuku merať úroveň napätia v ľudskom tkanive. To podnietilo výskumníkov z University of Sheffield v spolupráci s výskumníkmi z Harvardu, Tsinghua University a University of Galway, aby vyvinuli novú ultrazvukovú techniku, ktorá dokáže rozlišovať medzi stuhnutým tkanivom a tkanivom, ktoré je pod napätím. Ľudské tkanivá sú schopné vnímať mechanické napätie a reagovať naň a podľa toho prispôsobovať svoj tvar.

Sily každodenných svalových kontrakcií toto napätie zvyšujú, čo znamená, že všetky živé tkanivá sú vystavené mechanickému namáhaniu, aj keď sú v pokoji. Mechanické namáhanie ovplyvňuje aj umelé mäkké materiály, ako je napríklad nositeľná a implantovateľná mäkká bioelektronika. Meranie napätia v tkanivách a umelých mäkkých materiáloch je dôležité na určenie správneho fungovania, ale jeho meranie je náročné, preto výskumníci hľadali odpovede na otázky pomocou akustoleastického efektu.

Akustoelastický princíp znie zjednodušene takto: Čím väčšie je napätie, tým rýchlejšie sa šíria zvukové vlny. Výskumníci prispôsobili techniku, ktorá sa zvyčajne používa na meranie napätia pozdĺž železničných tratí, a vyslali dve zvukové vlny v rôznych smeroch, čím prepojili napätie s rýchlosťou vĺn pomocou matematickej teórie, ktorú vyvinuli. Použili osobitný typ vlny, nazývaný šmyková vlna, čo je elastická vlna, ktorá sa na rozdiel od povrchovej vlny môže pohybovať cez teleso objektu.

Pomocou šmykových vĺn sa im podarilo úspešne zmerať napätie najprv vo vnútri hydrogélu a potom v kostrovom svale ošípanej. Je to prvá ultrazvuková metóda schopná merať napätie v akomkoľvek type mäkkého tkaniva. Vedci sa domnievajú, že okrem aplikácie v zdravotníctve bude mať metóda uplatnenie aj v iných disciplínach, ako je biomedicínske inžinierstvo, biológia a fyzika mäkkých látok. Štúdia bola publikovaná v časopise Science Advances.

Zdroj: newatlas.com.