For å kunne stille presise diagnoser av hjertelidelser, trengs det gode og detaljerte sanntidsbilder av hjertet. Ultralydbilder tatt fra utsiden av kroppen har klare begrensninger: Man må se gjennom hud, ribbein og fettvev, og det varierer veldig fra pasient til pasient hvor godt resultatet blir.

Spiserøret passerer baksiden av hjerteveggen på bare millimeters avstand. Derfor kan man skaffe seg gode bilder ved hjelp av en ultralydsonde som føres ned dit.

– Utfordringen er selvsagt at både menneskets brekningsrefleks og diameteren på spiserøret setter naturlige grenser for hvor stor en slik sonde kan være, sier Trym Eggen.

Han er forsker i bedriften GE Vingmed Ultrasound i Horten, som har utviklet en ny og plassbesparende teknologi som gir svært gode 3D-bilder nettopp fra en slik spiserørssonde.

Avansert akustikk

En ultralydsonde kan beskrives som en liten chip med ørsmå høyttalere som sender ut akustiske signaler. Sonden har i tillegg like ørsmå sensorer som registrerer ekko som reflekteres fra hjertevegg, blodstrøm og hjerteklaffer.

Ved hjelp av disse ekkoene – som i praksis fungerer som en slags avstandsmålere – kan man danne seg bilder av hjertet. For at det hele skal fungere, trengs det både akustiske sensorer og elektronikkenheter som gir strøm til høyttaler og mottaker, og formidler signalene videre til en skjerm der legen kan studere resultatet.

- Kvaliteten på bildene bestemmes hovedsakelig av hvor mange slike sensorpunkter man kan sende ned i spiserøret. Tidligere måtte man nøye seg med todimensjonale bilder – da trengs det bare en horisontal rekke med sensorer. For å få et tredimensjonalt bilde må sensorene ligge i både vertikale og horisontale linjer.

- Generelt kan vi si at jo flere høyttalere og mottakere, jo bedre bilder får vi. Og med bedre bilder kan man stille mer presise diagnoser. Da sier det seg selv at det gjelder å utnytte plassen, sier Eggen.

Integrerer akustikk og elektronikk

Målsettingen med forskningsprosjektet har vært å gjør det mulig å pakke sammen tusenvis av sensorer på en chip som ikke måler mer enn én ganger én centimeter. Vi beveger oss med andre ord i en verden der ordet «liten» har mistet sin betydning. Den relevante måleenheten er mikron eller tusendels millimeter.

- Det vi har gjort, er å utvikle en helt ny metode for sammenkobling av akustiske sensorer med nødvendig elektronikk. Vi har ganske enkelt integrert de akustiske og elektroniske enhetene ved å legge et lite stykke elektronikk bak hver enkelt høyttaler. Dette har vi gjort ved hjelp av en ledningsfri teknologi. Hvis vi skulle koblet hver høyttaler og hver elektronikkenhet med ledninger, ville det fort sett ut som en høyspentlinje, forklarer Eggen.

Det høres kanskje vel hverdagslig ut, men nøkkelen til GE Vingmed Ultrasounds løsning på problemet er å bruke en bestemt type lim på en helt ny måte.

- Vi bruker noe som kalles anisotropt ledende lim, det vil si lim som leder elektrisitet i bare én retning – i vårt tilfelle vertikalt. Det betyr at strøm ledes fra elektronikk til høyttaler, men ikke horisontalt mellom høyttalerne, noe som ville medført kortslutning i sonden.

Presisjonsøvelse av de sjeldne

Limet som brukes her, er i seg selv isolerende, men det inneholder massevis av ørsmå kuler som leder elektrisitet.

- I utgangspunktet er limet en syltynn film som vi varmer opp til det blir flytende før vi limer sammen de akustiske sensorene med elektronikken. Denne prosessen skjer under et trykk som er akkurat så stort at limet presses sammen til en tykkelse som ikke overstiger diameteren på kulene.

- Da er vi garantert at et lite antall av disse strømledende kulene kommer i kontakt med både elektronikk og høyttaler og leder strøm mellom dem. Samtidig er mengden kuler i limet så nøye tilmålt at hver enkelt kule ikke kommer i kontakt med nabokulene, noe som ville medført kortslutning, sier Eggen.

En av de store utfordringene for Eggen og kollegene, har vært å finjustere maskinene som limer sammen de akustiske og elektroniske enhetene.

- Presisjonen må være ekstrem. Vi snakker om enheter som er tusendels millimeter store og hver eneste av de ørsmå høyttalerne må treffe eksakt på elektronikkbiten dersom dette skal fungere.

Limet varmes opp og herdes i løpet av noen sekunder, og det brukes avansert optisk bildegjenkjenning for å sikre at man treffer blink hver eneste gang.

- Her er det ikke noe slingringsmonn, verken når det gjelder trykk, temperatur, tid eller plassering, sier Eggen.

Tett samarbeid med høyskole

Prosessutvikling og forskning har vært utført på Høgskolen i Buskerud og Vestfold, som GE Vingmed Ultrasound har samarbeidet tett med. Høgskolen har såkalte renrom som tilfredsstiller de ekstremt høye hygienekravene til en vellykket sammenkoblingsprosess i de avanserte og svært kostbare maskinene som gjennomfører limingen. I nanoteknologiens verden vil nemlig et eneste støvkorn på avveie være nok til å ødelegge sluttresultatet.

GE Vingmed Ultrasound har også kjøpt og installert tilsvarende maskiner i egne fabrikker og hos flere underleverandører for å innføre metoden i produksjon.

I daglig bruk verden over

- Den første ultralydsonden der denne teknikken for sammenkobling er tatt i bruk, har vært gjennom omfattende testing, produseres i dag kommersielt her hos oss i Horten og er allerede i daglig klinisk bruk over hele verden, sier Eggen.

Han forteller at teknologien også kan anvendes til såkalt ikke-invasiv ultralyd, der man gjør ultralydundersøkelser fra utsiden av kroppen.

- Generelt vil et 3D-bilde alltid gi bedre og mer detaljert informasjon enn et 2D-bilde og dermed også gi et sikrere grunnlag for å stille gode diagnoser. Gode 3D-bilder fra en spiserørssonde vil også være av stor verdi i forbindelse med overvåking av hjertets tilstand under operasjoner.

GE Vingmed Ultrasound er nå i gang med et nytt forskningsprosjekt der målsettingen er å utvikle enda mer effektive akustiske sensorer. Forskerne skal blant annet se på hvordan konstruksjonen av selve høyttalerne kan bidra til enda høyere kvalitet på 3D-bildene.