Joshua Broder menggunakan handset Wii untuk memukul bola ping-pong bolak-balik ketika ide itu muncul. Seorang dokter darurat di Duke University Medical Center, ia menggunakan USG untuk memahami apa yang terjadi di dalam tubuh pasien, dan mengobati luka dan penyakit. Tapi gambar yang didapatnya, walaupun cukup cepat untuk beroperasi dalam waktu nyata, adalah dua dimensi dan sulit untuk diurai.
“Kontroler di tangan saya benar-benar murah, ” pikirnya. "Mengapa perangkat medis mahal tidak menggunakan teknologi biaya rendah semacam itu?"
Dengan bantuan dari para insinyur di Duke dan Stanford, Broder 3D mencetak benda untuk tongkat ultrasound yang dimaksudkan untuk menampung akselerometer dan giroskop yang serupa dengan yang ditemukan di ponsel atau Wiimote. Perangkat kecil ini, yang telah menjadi mana-mana dan murah berkat revolusi smartphone, bekerja bersama untuk menentukan sudut, posisi, dan orientasi ponsel Anda, sehingga Anda dapat bermain game, menjaga layar tetap tegak dan menggunakan gerakan. Terlampir pada tongkat ultrasound, yang memancarkan dan menerima ultrasonik seperti radar, sensor yang sama melacak posisinya yang tepat. Kemudian, saat gambar diambil, perangkat lunak menggunakan informasi itu untuk menjahit semuanya menjadi file tiga dimensi. Outputnya, walaupun tidak mendekati kualitas gambar MRI atau CT scan, jauh lebih mudah dipahami daripada gambar ultrasound 2D, yang dapat terlihat berbintik dan membingungkan.
Mesin ultrasonik yang dikembangkan Broder berbeda dari yang digunakan dokter untuk menggambarkan janin yang belum lahir. Sementara mesin-mesin berukuran gerobak memang memberikan gambar 3D, harganya ratusan ribu dolar, dan tidak terlalu portabel. Yang dijelaskan oleh Broder adalah lampiran kecil dengan cetakan 3D untuk mesin ultrasound 2D seharga $ 25.000 laptop.
Ultrasound di tempat perawatan, di mana dokter menggunakan ultrasound selama pemeriksaan fisik untuk menginformasikan perawatan lebih lanjut, menjadi lebih umum — pasar yang P&S Market Research harapkan akan tumbuh sebesar 7 persen per tahun hingga 2025 — tetapi masih merupakan sumber daya yang kurang dimanfaatkan., kata Chris Fox, direktur USG instruksional di University of California-Irvine. Dia mengajarkan teknik USG kepada dokter di berbagai spesialisasi, dari ruang gawat darurat hingga pengobatan internal, cara menangkap dan membaca gambar USG. "Kualitas perawatan hanya meningkat ketika Anda dapat melihat melalui kulit pasien pada organ yang Anda khawatirkan, di sana pada titik perawatan, dan tidak harus menunggu tes lain untuk kembali, " kata Fox.
Pandangan ultrasound ke perut dapat memberi tahu dokter apakah pasien mengalami penyumbatan usus, batu empedu atau ginjal yang tersumbat, misalnya. Sesak nafas dapat dikaitkan dengan pneumonia, cairan di dada atau cairan di sekitar jantung. Dengan cara ini, dokter dapat menggunakan USG untuk menentukan apakah pasien perlu dikirim untuk pencitraan lebih lanjut atau tidak. Dan mereka sering menggunakan USG untuk memandu penempatan jarum dalam operasi laparoskopi dan prosedur lain yang membutuhkan penempatan alat yang tepat, karena dapat menunjukkan gambar real-time dari jarum yang masuk ke jaringan.
Tapi di situlah USG 2D menjadi rumit; Anda tidak dapat melihat banyak jaringan dan sulit untuk membedakan pembuluh darah, saraf, otot dan tulang. "Yang kita lihat hanyalah sepotong, dan kita harus memutuskan sekarang, apakah kita akan melihat ini dalam pesawat longitudinal, atau pesawat transversal? Itu membingungkan harus berkomitmen untuk salah satu dari dua pesawat itu, “kata Fox. Pandangan melintang akan menunjukkan jarum datang ke arah penonton, dan pandangan longitudinal akan menunjukkan jarum masuk dari samping, tetapi dalam bidang dua dimensi ini sangat sulit untuk menentukan kedalaman, dan karenanya apakah jarum diposisikan dengan benar. “Ultrasonografi tiga dimensi jauh lebih mudah untuk diartikan bahwa itu benar-benar akan menghilangkan lapisan rasa tidak aman ini. Saya pikir banyak dokter memilikinya, ketika mencoba mempelajari ultrasound.”
Lebih sederhananya, USG 2D sulit digunakan. “Sulit bagi orang yang belum pernah melakukan ultrasound sebelumnya untuk belajar cara memotret dan menafsirkannya, ” kata Broder. "Kami ingin ini menjadi teknologi intuitif sehingga banyak tenaga medis yang berbeda dapat menggunakannya segera tanpa pelatihan."
Hadir di forum penelitian American College of Emergency Physicians, Broder menggambarkan apa yang dia lihat sebagai fungsi utama teknologi: pencitraan otak pada anak-anak. Anak-anak di bawah dua tahun memiliki tengkorak lunak, dan ultrasonografi dapat melihat langsung, dan membantu mendiagnosis hidrosefalus, di mana cairan serebrospinal menyebabkan tekanan di otak. Dia menggunakannya untuk merekam gambar otak seorang anak berusia 7 bulan, sementara bayi itu duduk dengan tenang di pangkuan ibunya. Itu tidak memerlukan radiasi, seperti CT scan, dan anak itu tidak harus bergerak atau dibius, seperti MRI. Mereka hanya menarik tongkat sihir ke atas kepala bocah itu, dengan gerakan melukis. Dalam sepuluh detik itu selesai.
Perangkat lunak open-source yang disebut 3D Slicer menampilkan hasilnya di layar dengan tiga sumbu dan slider yang memungkinkan dokter untuk membuka gambar dan melihat penampang. Secara teknis, ini adalah tumpukan gambar 2D — hingga 1.000 di antaranya — diletakkan berdampingan, tetapi perangkat lunak ini juga dapat memperkirakan volume fitur di dalamnya, yang sangat berguna dalam mendiagnosis tumor.
"Ini hanya dataset yang jauh lebih dinamis daripada ketika Anda mengambil gambar diam, " kata Broder. “Pikirkan analogi sebuah foto di kamera Anda. Setelah Anda mengambil gambar, Anda bisa bermain-main dengannya, tetapi jika Anda tidak suka dari sudut mana Anda mengambil gambar, Anda tidak dapat memperbaikinya ... ketika Anda memiliki dataset tiga dimensi, Anda benar-benar memiliki banyak kendali atas pertanyaan apa yang ingin Anda tanyakan dan bagaimana Anda menjawabnya. "
Bahkan mesin ultrasonik yang lebih mahal tidak menawarkan akurasi pencitraan CT atau MRI, juga tidak dapat mencitrakan seluruh tubuh, tetapi bukan itu intinya, kata Broder. “Kami ingin menyesuaikan biaya, ” katanya. “Kami menderita dalam pengobatan barat dengan melakukan banyak hal untuk mungkin ke tingkat akurasi atau ketepatan yang lebih besar daripada yang kita butuhkan, dan itu mendorong biaya tinggi. Jadi apa yang ingin kita lakukan adalah persis apa yang dibutuhkan pasien — memberikan tingkat perincian yang diperlukan untuk perawatan terbaik mereka. ”
Saat penggunaan ultrasound di tempat perawatan meningkat, tim Broder bukan satu-satunya yang mencoba memperbaiki alat berat. Clear Guide ONE, dibuat oleh dokter dari Johns Hopkins, juga menggunakan lampiran tongkat, tetapi menggunakan sistem visual untuk melacak penyisipan jarum, meskipun itu terbatas pada aplikasi itu. Dan, sementara itu hanya menawarkan USG dua dimensi, perangkat bernama Clarius memasangkan secara nirkabel ke smartphone untuk menghindari komputer sama sekali dan menurunkan harganya di bawah $ 10.000.
Ukuran kecil dan biaya rendah perangkat Broder membuatnya berguna di wilayah di seluruh dunia di mana mustahil atau tidak hemat biaya untuk menggunakan mesin yang lebih besar. GE setuju, memberi Broder $ 200.000 untuk Tantangan Riset Ultrasound Point perdana. Saat ini, perangkat ini sedang menjalani uji klinis, dan Broder dan rekan-rekannya memegang hak paten internasional di atasnya. Di masa depan, Broder membayangkan memasangkan perangkat dengan EKG untuk mendapatkan pencitraan detak jantung secara real time. Jika data dari EKG cocok dengan masing-masing gambar yang diambil oleh ultrasound, Anda dapat mengurutkan gambar berdasarkan kapan mereka terjadi dalam siklus jantung. Pencitraan "4D" ini dapat memberikan gambar jantung yang lebih baik, karena mengkompensasi gerakan jantung itu sendiri, serta bernapas.
“Kami dapat melakukan banyak hal yang sama seperti yang dilakukan mesin 3D mahal, tetapi dengan biaya yang jauh lebih rendah, ” kata Broder. "Kami hanya pada saat yang luar biasa ini di mana teknologi komputasi benar-benar memfasilitasi apa yang telah kami lakukan."
