Foto: Jesper Scheel

Ultralydskanneren bliver bærbar

fredag 03 mar 17
|
af Marianne Vang Ryde

Kontakt

Jørgen Arendt Jensen
Professor, Ph.D., Dr.Techn.
DTU Elektro
45 25 39 24

Kontakt

Erik Vilain Thomsen
Docent
DTU Nanotech
45 25 57 66

Foto: Jesper Scheel

Komponenterne til de små skannere produceres ved hjælp af robotter i renrum på DTU Danchip.

Læs også

Ultralyd er en effektiv og ufarlig metode til at se ind i kroppen. Den bruges af specialuddannede læger, bl.a. til at overvåge fostre under graviditeten, men kunne få en meget større udbredelse, hvis ikke den var forbundet med et stort og dyrt apparatur. Nu vil et nyt projekt udvikle små, bærbare ultralydskannere, som kan bruges i enhver lægepraksis.

Professor Jørgen Arendt Jensens datter blev født med navlestrengen to gange rundt om halsen. Hjerterytmen faldt flere gange i løbet af fødslen, og lægerne tog blodprøver og forsøgte på alle mulige måder – men uden held – at finde ud af, hvad der var galt. Havde de haft en ultralydskanner i nærheden, ville de let have kunnet stille diagnosen.

Fødslen gik heldigvis godt trods de dramatiske komplikationer, men for Jørgen Arendt Jensen blev oplevelsen et tydeligt bevis på, at der er brug for den bærbare ultralydskanner, som kan ligge i en kittellomme sammen med stetoskopet.

”Ultralyd er et fantastisk redskab til at se ind i kroppen, ovenikøbet uden at skade vævet. Så ultralydskanneren skal være bærbar og meget mere tilgængelig – i ambulancen, på traumeafdelingen, på fødestuen, hvor som helst,” siger han.

Og den vision er han i fuld gang med at gøre til virkelighed.

Mange skridt på vejen

Princippet i en ultralydskanner er simpelt: Man sender kraftig lyd ind i kroppen med en frekvens, som øret ikke kan opfatte, og måler, hvor lang tid der går, før ekkoet fra kroppens indre dele kommer tilbage.

Men bag det simple princip ligger der kompliceret teknologi og viden på så forskellige områder som akustik, elektronik, transducerdesign og signalog billedbehandling. For at gøre ultralydinstrumenterne bærbare skal både teknologien i transduceren, som man holder på, den komplicerede elektronik og signalbehandlingen i skanneren ændres radikalt. Og sidst, men ikke mindst er der brug for klinisk afprøvning af teknologien, der viser, at de nye metoder er mindst lige så gode som de nuværende.

Hele vejen rundt er der mulighed for at optimere og skrue på de teknologiske håndtag, og det arbejdes der på i et stort femårigt projekt ledet af Jørgen Arendt Jensen, der også er leder af Center for Hurtig Ultralydsbilleddannelse ved DTU Elektro. Projektet involverer desuden forskere fra DTU Nanotech, virksomhederne BK Medical og Meggitt A/S, Alexandra Instituttet i Aarhus og Rigshospitalet.

"Det er helt afgørende, at vi har hele spektret af ekspertiser med, hvis vi skal nå målet om et billigt og let tilgængeligt ultralydapparat, som kan blive en del af den praktiserende læges normale udstyr. Og det mener jeg bestemt er realistisk."
Jørgen Arendt Jensen

”Det er helt afgørende, at vi har hele spektret af ekspertiser med, hvis vi skal nå målet om et billigt og let tilgængeligt ultralydapparat, som kan blive en del af den praktiserende læges normale udstyr. Og det mener jeg bestemt er realistisk. Vi har allerede nået mange delmål og udtaget en stribe patenter, og projektet slutter først om halvandet år,” siger Jørgen Arendt Jensen.

Forenkling

For 30 år siden var der ikke mange, som forestillede sig, at man ville kunne have sin computer i lommen. Men som det er gået med vores smartphones, vil det altså også ifølge Jørgen Arendt Jensen gå med ultralydapparaterne. En af forudsætningerne er en radikalt anderledes optagelse af ultralydsignalerne, som DTU har været pioner inden for.

”Vi har udviklet en ny måde at danne billeder på kaldet syntetisk apertur-billeddannelse. I stedet for at kigge i en retning ad gangen, så kigger vi i alle retninger på samme tid. På den måde kan vi lave meget hurtigere billeder – vi kan vise op til 1.000 billeder i sekundet, og dermed kan vi se hjertet slå og blodet strømme, samtidig med at billedet bliver skarpere og mere præcist. Vi har også udviklet nye prober til 3D-billeddannelse, som reducerer datamængden med en faktor 60,” fortæller han.

Den hurtige billeddannelse forudsætter også en hurtig databehandling, men den behøver ikke foregå i selve proben og den tilknyttede dataenhed, som den gør på de almindelige ultralydapparater. Jørgen Arendt Jensen og hans kolleger har udviklet beregningsmetoder, der kræver betydeligt færre ressourcer, og har påvist, at de mange data kan behandles på en smartphone eller tablet.

Man kan endda trådløst sende dataene op i skyen, hvor flere store computere kan tage sig af dem, og så begynder det for alvor at blive interessant. Forskerne har f.eks. eksperimenteret med at sende data til Tyskland og tilbage igen til tabletten. Der var en lille forsinkelse, men man kunne fint se billedet, samtidig med at proben blev ført hen over patientens krop. Og i randomiserede, dobbeltblindede forsøg på Rigshospitalets radiologiske afdeling kunne lægerne ikke se forskel på de nye og de gamle billeder.

Netflix for skannere

En traditionel ultralydkonsol er begrænset af, at der kun er to kilowatt i stikkontakterne, og at den udvikler rigtig meget varme. Med den bærbare skanner fører man effekten hen til et datacenter et andet sted, og så er den nærmest ubegrænset. Har vi først uendelig effekt, så kan vi også lave mere komplicerede beregninger i f.eks. 3D, forudser Jørgen Arendt Jensen:

”I dag kan vi godt se blodets hastighed med ultralyd, men hvis vi kan regne videre på det, vil vi også kunne se trykket i karrene. Det kræver i dag, at man sætter et kateter op til hjertet gennem lysken, hvilket er ubehageligt og risikofyldt, og det kan være svært at ramme helt rigtigt.”

Ud over flere diagnoser åbner det simplere, trådløse udstyr også mulighed for at få hjælp over internettet fra mere erfarne ultralydbrugere, og dermed vil praktiserende læger hvor som helst i verden kunne bruge ultralyd i konsultationen.

Jørgen Arendt Jensen går så vidt som til at forestille sig en forretningsmodel a la Netflix, hvor man køber en ultralydservice i stedet for et stort apparat. Lægen lejer proben, mens al den nødvendige software ligger i skyen, hvor den til enhver tid er fuldt opdateret. Og ligesom man får forslag om andre film i Netflix, kan man her få forslag om andre skanningsmetoder.

Syv parter, syv ekspertiser

Projektet involverer i alt syv parter, som har hver deres ansvarsområde:

  • DTU Nanotech udvikler den siliciumbaserede transducer.
  • DTU Elektro udvikler integrerede kredse for elektronikken.
  • Center for Hurtig Ultralydsbilleddannelse på DTU udvikler
    billedalgoritmen.
  • Meggitt A/S udvikler printede prober.
  • BK Medical udvikler elektronikken, og partneren STI i USA står
    for monteringen af proben.
  • Alexandra Instituttet udvikler softwaren.
  • Rigshospitalet afprøver udstyret i klinikken

Relaterede Videoer  

Vis flere