ללבוש את האולטרסאונד

חוקרים מאוניברסיטת קליפורניה בסן דייגו פיתחו מכשיר אולטרסאונד קטן, גמיש ודק, שמודבק לחזה ומנטר את פעילות הלב בזמן אמת. על פי מאמר המחקר, שפורסם בכתב העת Nature, עולה שאפשר להצמיד את המכשיר הנייד לגוף למשך 24 שעות ולקבל תמונה מדויקת של מצב הלב לאורך זמן, לא רק במנוחה אלא גם בתנועה או במהלך פעילות גופנית מאומצת. המכשיר שולח גלי קול לתוך הרקמה, קולט את ההחזר שלהם, ומספק תמונות רציפות ואיכותיות של הלב, המסתמים וכלי הדם הגדולים שמקיפים אותו. כך אפשר לזהות כשלים בפעילות הלב שמתרחשים בזמן מאמץ. התקווה היא שהחיישן יספק נתונים שיסייעו לרופאים לקבל החלטות טיפוליות מדויקות ומהירות ולהציל חיים.

תמונה מדויקת של מצב הלב גם בעת פעילות גופנית. המכשיר הממוזער מודבק על חזה של נסיין | צילום: Xu Laboratory at UC San Diego

שברון לב

מחלות לב וכלי דם הן גורם המוות המוביל בעולם. בדרך כלל הן נובעות מבעיות שמתפתחות ביכולת של הלב לשאוב ולהזרים את הדם. על פי נתוני ארגון הבריאות העולמי, מדי שנה מתים ברחבי העולם 17.9 מיליון בני אדם ממחלות לב וכלי דם, רובם הגדול מהתקפי לב או משבץ מוחי. כשליש מהמתים ממחלות כאלה הם בני פחות מ-70.

לא פשוט לזהות סימנים מוקדמים לבעיות בתפקוד הלב. רבים מהתסמינים שמעידים על בעיות כאלה, כגון כאבים או לחץ בחזה, דפיקות לב מואצות, הזעה מוגברת או קשיי נשימה, אינם מעוררים חשד מכיוון שלא פעם התחושות הללו חולפות כעבור זמן קצר. במקרים אחרים אנשים אינם מרגישים שום תסמין מובהק שמאותת על ההתקף הקרב ומתמוטטים בבת אחת, בלי התרעה מוקדמת.

הודות לעלייה במודעות הציבור לתסמינים במדינות המפותחות, רבים מאלה שחווים התקף לב מקבלים בזמן עזרה רפואית מיידית ושורדים. אולם לא פעם הם ישאו נזקים ארוכי טווח, ויסבלו מקשיי ניידות ואפילו מנכות. לכן חשוב לאתר בעיות לב בשלב כמה שיותר מוקדם, לפני שייגרם נזק משמעותי.

חלק מהבעיות בתפקוד הלב באות לידי ביטוי רק במאמץ, למשל במהלך אימון גופני. יש כמה שיטות לעקוב אחרי פעילות הלב בזמן שהאדם נמצא בתנועה, ובראשן מבחן מאמץ (ארגומטריה), שנעשה על הליכון במרפאה, ובדיקת הולטר אק"ג שעוקבת אחרי הפעילות החשמלית של הלב לאורך יממה במהלך ההתנהלות היומיומית הרגילה של הנבדק או הנבדקת. הבעיה היא שהבדיקות האלה מספקות מידע מוגבל, שאינו מאפשר לעקוב בפירוט אחרי פעילות שריר הלב, חדרי הלב, המסתמים וכלי הדם הגדולים.

לעומת זאת, מערכת הדמיה כמו אולטרסאונד מספקת לנו תמונה מקיפה ומדויקת למדי של המתרחש ברקמות עמוקות ובאיברים כמו הלב, הריאות והמוח. מכשיר האולטרסאונד שולח גלי קול לעבר רקמות הגוף, מודד את ההדים המוחזרים, ומעבד לפיהם תמונה שמשקפת את צפיפות הרקמות שהגלים פגשו בדרכם ואת העומק שבו הן נמצאות. מדובר בבדיקה לא פולשנית, בטוחה מאוד, שמספקת מידע עשיר ומפורט.

הבעיה היא שבדיקת האולטרסאונד נעשית באמצעות מכשיר כבד ומסורבל ומחייבת טכנאי מיומן או רדיולוג שיפעילו אותו. מגבלות אלה חלות גם על אמצעי דימות אחרים, כמו CT או MRI. לכן זה לא מעשי להשתמש באמצעים הללו לבדוק אנשים בתנועה. למשל בדיקת אולטרסאונד רגילה של הלב (אקו לב) נעשית בשכיבה על הצד במיטת טיפולים.

אפילו בדיקת אקו לב במאמץ אינה מאפשרת מעקב רציף אחרי הלב בזמן הפעילות המאומצת עצמה. במקום זה היא מתחילה בבדיקת אולטרסאונד רגילה במנוחה, לאחר מכן הנבדק צועד על הליכון עד שהוא מגיע לדופק המטרה, ואז שוכב ונבדק שוב. קשה לזהות כך מצבים חולפים כמו הפרעות קצב או אי ספיקת לב, שבהם הלב מתאושש בדרך כלל במהירות אחרי הפסקת המאמץ, כך שהבדיקה עשויה להיראות תקינה.

חיסרון נוסף של השיטות הרגילות נוגע לאופן פענוח הבדיקות. לאחר ביצוע ההדמיה, רופא מומחה בקרדיולוגיה (רפואת הלב) צריך לנתח את הממצאים ולהעביר את המסקנות לרופא המטפל – תהליך שעלול לעכב את האבחון בכמה ימים. פענוח המידע הוא מורכב מאוד, ולא פעם רופאים שונים ינתחו את התוצאות אחרת, ולכן גם ימליצו על דרך טיפול שונה.

הבדיקות הקיימות דורשות מיכשור כבד, מסורבל ויקר, ומוגבלות ביכולתן לאבחן אדם בשעת פעילות מאומצת. בדיקת אקו לב באולטרסאונד | צילום: Pitchyfoto, Shutterstock

מכשיר קטן ונייד

המכשיר החדש עשוי מכמה שכבות של חומר גמיש ורך, שבתוכן נמצאות אלקטרודות ממתכת נוזלית. גמישותו וממדיו הקטנים מאפשרים להצמיד אותו לגוף בלי להפריע לביצוע פעילויות יומיומיות.

לבדיקת פעילות הלב מדביקים את המכשיר לחזה, כמו פלסטר. שני חיישני אולטרסאונד עוקבים באופן רציף אחרי חדרי הלב והעליות, באופן שמאפשר למשל למדוד את עובי שריר הלב או את קוטר החדר השמאלי. החיישנים מסודרים בצורת צלב, ומאפשרים ליצור הדמיה של הלב מזוויות שונות בלי להזיז את המכשיר. למרות ממדיו הזעירים של החיישן, הדומה בגודלו לקוביית שוקולד, והעובדה שהנבדקים נמצאים בתנועה, הוא מצליח לספק תמונות מרחביות רציפות באיכות גבוהה.

סידור החיישנים בצורת צלב מאפשר דימות של הלב מכמה זוויות. מכשיר האולטרסאונד הממוזער | צילום: Xu Laboratory at UC San Diego

פענוח חכם

כדי להקל על פענוח הממצאים ולאפשר פירוש אחיד ומדויק שלהם, השתמשו החוקרים בטכנולוגית למידה עמוקה (deep learning) מתחום הבינה המלאכותית. בגישה זו מאמנים תוכנה לנתח ולעבד מידע ספציפי – למשל צילומי אולטרסאונד – ולזהות בו דפוסים חוזרים. החוקרים פיתחו אלגוריתם שמחלץ מזרם התמונות הרציף מדדים חשובים המעידים על ביצועי הלב, כגון נפח הדם היוצא מהלב בכל התכווצות, תפוקת הלב ועוד. כך נחסך הצורך בפענוח ידני ומצטמצם המרחב הפתוח לפרשנות שונה של כל רופא. הנתונים האובייקטיביים שהמכשיר מספק צפויים לעזור בזיהוי מצבים של אי ספיקת לב ובעיות באספקת הדם ללב ולסייע לרופאים בקבלת החלטות טיפוליות.

נמצא כי המכשיר מנטר היטב את ביצועי הלב. הוא נשאר לאורך כל הבדיקה במגע הדוק עם העור, ובה בעת הפגין גמישות רבה ולא הפריע לתפקוד הנבדקים. החוקרים הראו, לדבריהם, כי הוא פועל היטב גם בזמן הליכה או  אימון גופני ומספק מידע מדויק שלא נופל באיכותו מצילומי הדמיה שנעשים בבתי החולים. 

כעת החוקרים פועלים עם כמה חברות מסחריות לפתח עוד את המכשיר, ולהרחיב את טווח הפעילות שלו. כדי לשפר עוד את איכות התמונות שהוא מפיק, להתאים אותו לעקמומיות החזה, לשפר את הסריקה התלת-ממדית שלו ולשכלל את אלגוריתם הבינה המלאכותית. נכון לעכשיו החיישן עדיין מחובר בכבל למערכת עיבוד הנתונים, כך שהחוקרים שואפים להמשיך למזער את המערכת ולשלבה ליחידה אחת. 

החוקרים סבורים כי לטכנולוגיה שפיתחו יש פוטנציאל לשפר את יכולת האבחון של מחלות לב, לספק מידע אובייקטיבי לרופאים ולאפשר התערבות רפואית מוקדמת שעשויה להציל חיים. אם יצליחו לעמוד בהבטחות, הטכנולוגיה החדשה צפויה לשנות את אופי בדיקות ההדמיה המוכרות לנו כיום.