Was wäre, wenn die Ultraschallbildgebung nicht mehr auf Krankenhäuser beschränkt wäre? Patienten mit chronischen Erkrankungen wie Bluthochdruck und Herzinsuffizienz könnten kontinuierlich in Echtzeit zu Hause oder unterwegs überwacht werden, wodurch Ärzte fortlaufende klinische Erkenntnisse statt gelegentlicher Schnappschüsse erhalten – ein Scan hier und eine Untersuchung dort. Dieser Wandel von der reaktiven Pflege im Krankenhaus zur präventiven, gemeinschaftlichen und häuslichen Pflege könnte eine frühere Erkennung und rechtzeitige Intervention sowie eine wirklich personalisierte Pflege ermöglichen.
Um diese Imaginative and prescient in die Realität umzusetzen, hat das Singapur-MIT-Allianz für Forschung und Technologie (SMART), das Forschungsunternehmen des MIT in Singapur, hat ein neues gemeinsames Forschungsprojekt gestartet: Tragbare Bildgebung zur Umgestaltung der Altenpflege (WITEC).
WITEC markiert eine Pionierleistung in den Bereichen tragbare Technologie, medizinische Bildgebung, Forschung und Materialwissenschaft. Es widmet sich der grundlegenden Forschung und Entwicklung des weltweit ersten tragbaren Ultraschall-Bildgebungssystems, das eine intermittierende kardiovaskuläre Bildgebung über 48 Stunden ermöglicht und so chronische Erkrankungen wie Bluthochdruck und Herzinsuffizienz kontinuierlich und in Echtzeit überwacht und diagnostiziert.
Dieses mehrere Millionen Greenback teure, mehrjährige Forschungsprogramm, das von der Nationwide Analysis Basis (NRF) Singapur im Rahmen ihres Campus for Analysis Excellence and Technological Enterprise-Programms unterstützt wird, bringt Spitzenforscher und Fachwissen vom MIT, der Nanyang Technological College (NTU Singapore) und der Nationwide College of Singapore (NUS) zusammen. Das Tan Tock Seng Hospital (TTSH) ist der klinische Accomplice von WITEC und wird Patientenstudien durchführen, um die langfristige Herzbildgebung für die Behandlung chronischer Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu validieren.
„Die Bewältigung der drängendsten Herausforderungen der Gesellschaft erfordert innovatives, interdisziplinäres Denken. Aufbauend auf der langen Custom von SMART in Singapur als Zentrum für Forschung und Innovation wird WITEC interdisziplinäres Fachwissen – vom MIT und führenden Institutionen in Singapur – nutzen, um transformative Forschung voranzutreiben, die reale Auswirkungen hat und Singapur, den USA und Gesellschaften auf der ganzen Welt zugute kommt. Dies ist die Artwork von gemeinschaftlicher Forschung, die nicht nur die Grenzen des Wissens verschiebt, sondern auch neu definiert, was für die Zukunft des Gesundheitswesens möglich ist“, sagt Bruce Tidor, CEO und Interimsdirektor von SMART, der auch MIT-Professor für Biotechnik, Elektrotechnik und Informatik ist.
Branchenführende Präzisionsausrüstung und -fähigkeiten
Um diese Arbeit zu unterstützen, ist das Labor von WITEC mit fortschrittlichen Werkzeugen ausgestattet, darunter Südostasiens erster Submikrometer-3D-Drucker und das neueste Ultraschall-Bildgebungssystem Verasonics Vantage NXT 256, das erste Gerät seiner Artwork in Singapur.
Im Gegensatz zu herkömmlichen 3D-Druckern, die im Millimeter- oder Mikrometermaßstab arbeiten, kann der 3D-Drucker von WITEC eine Auflösung im Submikrometerbereich erreichen, sodass Komponenten auf der Ebene einzelner Zellen oder Gewebestrukturen hergestellt werden können. Mit dieser Fähigkeit können WITEC-Forscher bioadhäsive Materialien und Geräteschnittstellen mit beispielloser Genauigkeit prototypisieren – unerlässlich für die Gewährleistung einer hautsicheren Haftung und einer stabilen, langfristigen Bildqualität.
Ergänzt wird dies durch das neueste Ultraschall-Bildgebungssystem von Verasonics. Ausgestattet mit einem neuen Wandleradapter und unterstützt eine deutlich größere Anzahl von Sondensteuerkanälen als bestehende Systeme, gibt es Forschern die Freiheit, hochgradig angepasste Bildgebungsmethoden zu testen. Dies ermöglicht eine komplexere Strahlformung, eine Bilderfassung mit höherer Auflösung und die Integration mit KI-basierten Diagnosemodellen – und öffnet damit die Tür zu einer Langzeitbildgebung des Herz-Kreislauf-Techniques in Echtzeit, die mit standardmäßiger Krankenhausausrüstung nicht möglich ist.
Zusammen ermöglichen diese Technologien WITEC, das Design, die Prototypenerstellung und das Testen seines tragbaren Ultraschallbildgebungssystems zu beschleunigen und die Bildqualität an Phantomen und gesunden Probanden zu demonstrieren.
Transformation der Pflege chronischer Krankheiten durch tragbare Innovationen
Chronische Krankheiten steigen in Singapur rasant an und weltweit, insbesondere bei der alternden Bevölkerung und Personen mit mehreren Langzeiterkrankungen. Dieser Pattern unterstreicht den dringenden Bedarf an effektiver häuslicher Pflege und benutzerfreundlichen Überwachungstools, die über die grundlegende Überwachung des Wohlbefindens hinausgehen.
Aktuelle Wearables für Verbraucher wie Smartwatches und Fitnessbänder bieten begrenzte physiologische Daten wie Herzfrequenz oder Schrittzahl. Obwohl sie für die allgemeine Gesundheit nützlich sind, fehlt ihnen die nötige Tiefe, um das Administration chronischer Krankheiten zu unterstützen. Herkömmliche Ultraschallsysteme sind zwar klinisch leistungsstark, aber sperrig, bedienerabhängig, können nur sporadisch in Krankenhäusern eingesetzt werden und sind auf Momentaufnahmen beschränkt, sodass sie für den langfristigen Alltagsgebrauch ungeeignet sind.
WITEC möchte diese Lücke mit seinem tragbaren Ultraschall-Bildgebungssystem schließen, das mithilfe der bioadhäsiven Technologie bis zu 48 Stunden ununterbrochene Bildgebung ermöglicht. In Kombination mit einer KI-gestützten Diagnostik soll die Innovation die Früherkennung, die Vordiagnose zu Hause und die kontinuierliche Überwachung chronischer Krankheiten unterstützen.
Diese Innovation verbessert nicht nur die Behandlungsergebnisse für die Patienten, sondern könnte auch dazu beitragen, den Arbeitskräftemangel zu lindern, indem sie Ultraschallpersonal, Pflegekräften und Ärzten die Möglichkeit gibt, sich auf komplexere Behandlungen zu konzentrieren, und gleichzeitig die Nachfrage nach Krankenhausbetten und -ressourcen verringert. Durch die Verlagerung der Überwachung auf Privathaushalte und Gemeinden wird die Technologie von WITEC die Selbstverwaltung und rechtzeitige Intervention der Patienten ermöglichen, wodurch möglicherweise die Gesundheitskosten gesenkt und der zunehmende finanzielle und personelle Druck einer alternden Bevölkerung gemildert werden.
Innovation durch interdisziplinäre Zusammenarbeit vorantreiben
WITEC wird von den folgenden leitenden Hauptforschern geleitet: Xuanhe Zhao, Professor für Maschinenbau und Professor für Bau- und Umweltingenieurwesen am MIT; Joseph Sung, Senior Vice President für Gesundheit und Biowissenschaften an der NTU Singapur und Dekan der Lee Kong Chian College of Drugs (LKCMedicine); Cher Heng Tan, stellvertretende Dekanin für klinische Forschung bei LKCMedicine; Chwee Teck Lim, Professorin für Biomedizintechnik der NUS Society an der NUS und Direktorin des Instituts für Gesundheitsinnovation und -technologie an der NUS; und Xiaodong Chen, angesehener Universitätsprofessor an der College of Supplies Science and Engineering der NTU.
„Wir sind äußerst stolz darauf, ein außergewöhnliches Staff von Forschern aus Singapur und den USA zusammenzubringen, um Kerntechnologien voranzutreiben, die tragbare Ultraschallbildgebung Wirklichkeit werden lassen. Dieses Unterfangen vereint umfassendes Fachwissen in den Bereichen Materialwissenschaft, Datenwissenschaft, KI-Diagnostik, biomedizinische Technik und klinische Medizin. Unser schrittweiser Ansatz wird die Umsetzung in eine vollständig tragbare Plattform beschleunigen, die die Artwork und Weise, wie chronische Krankheiten überwacht, diagnostiziert und behandelt werden, neu gestaltet“, sagt Zhao, der als Co-Leiter PI von WITEC fungiert.
Forschungs-Roadmap mit breiter Wirkung im Gesundheitswesen, in der Wissenschaft, in der Industrie und in der Wirtschaft
WITEC bringt führende Experten aus interdisziplinären Bereichen zusammen und wird die Grundlagenarbeit in den Bereichen weiche Materialien, Wandler, Mikroelektronik, Datenwissenschaft und KI-Diagnostik, klinische Medizin und biomedizinische Technik vorantreiben. Als Deep-Tech-Forschungs- und Entwicklungsgruppe werden seine Durchbrüche das Potenzial haben, Innovationen in den Bereichen Gesundheitstechnologie und -herstellung, Diagnostik, tragbare Ultraschallbildgebung, Metamaterialien, Diagnostik und KI-gestützte Gesundheitsanalyse voranzutreiben. Es wird erwartet, dass die Arbeit von WITEC auch das Wachstum hochwertiger Arbeitsplätze in den Bereichen Forschung, Technik, klinische Validierung und Gesundheitsdienste beschleunigen und strategische Investitionen anziehen wird, die biomedizinische Innovationen und Industriepartnerschaften in Singapur, den Vereinigten Staaten und darüber hinaus fördern.
„Chronische Krankheiten stellen erhebliche Herausforderungen für Patienten, Familien und Gesundheitssysteme dar, und angesichts der alternden Bevölkerung wie in Singapur werden diese Herausforderungen nur noch zunehmen, wenn keine neuen Lösungen gefunden werden. Unsere Forschung an einem tragbaren Ultraschall-Bildgebungssystem zielt darauf ab, die tägliche Pflege von Menschen mit Herz-Kreislauf- und anderen chronischen Erkrankungen zu verändern. Wir bieten Ärzten umfassendere, kontinuierliche Erkenntnisse als Leitfaden für die Behandlung und geben den Patienten gleichzeitig mehr Vertrauen und Kontrolle über ihre eigene Gesundheit. Die Pionierarbeit von WITEC markiert einen wichtigen Schritt hin zur Verlagerung der Pflege von episodischen, krankenhausbasierten Interventionen hin zu mehr proaktives, alltägliches Administration in der Group“, sagt Sung, der als Co-Leiter PI von WITEC fungiert.
Unter der Leitung von Violet Hoon, leitender Beraterin bei TTSH, werden voraussichtlich in diesem Jahr klinische Studien beginnen, um die langfristige Herzüberwachung bei der Behandlung chronischer Herz-Kreislauf-Erkrankungen zu validieren. In den nächsten drei Jahren will WITEC durch Innovationen bei bioadhäsiven Koppelmitteln, nanostrukturierten Metamaterialien und Ultraschallwandlern eine vollständig integrierte Plattform entwickeln, die eine intermittierende 48-Stunden-Bildgebung ermöglicht.
Als Forschungsunternehmen des MIT in Singapur setzt sich SMART dafür ein, bahnbrechende Technologien voranzutreiben, die drängende globale Herausforderungen angehen. WITEC ergänzt die bestehenden Forschungsbemühungen von SMART, die einen umfassenden Ideenaustausch durch die Zusammenarbeit mit führenden Forschern und Akademikern aus den Vereinigten Staaten, Singapur und der ganzen Welt in Schlüsselbereichen wie Antibiotikaresistenz, Entwicklung von Zelltherapien, Präzisionslandwirtschaft, KI und 3D-Sensortechnologien fördern.