Умные автоматизированные джункционные жгуты с ультразвуковым наведением на базе ИИ

Остановка кровотечения там, где обычные жгуты бессильны

Неконтролируемое кровотечение — одна из наиболее предотвратимых причин смерти при тяжёлых травмах, как на поле боя, так и в гражданской жизни. Обычные жгуты хорошо работают на руках и ногах, но испытывают трудности в «сочленениях» тела — местах вроде паха, подмышечной впадины и шеи, где крупные сосуды уходят в грудную или брюшную полость. В этом исследовании рассматривается новый тип умного жгута, который использует ультразвуковую визуализацию и искусственный интеллект (ИИ) для автоматического обнаружения и сдавления глубоких сосудов, стремясь дать спасателям более быстрый и надёжный инструмент, когда важна каждая секунда.

Проблема труднодоступного кровотечения

Стандартные жгуты сконструированы так, чтобы плотно оборачивать конечность, прижимая сосуды к кости и прекращая кровоток. В таких точках, как паховая область (бедренная артерия), подключичная зона или над животом (аорта), анатомия сложнее: сосуды залегают глубже, поверхности изогнуты, и нет твёрдой опоры, против которой можно было бы прижать. Существующие одобренные джункционные жгуты могут помочь, но зачастую они громоздки, медленны в применении и склонны соскальзывать при движении. Исследования показывают относительно высокие показатели отказов и неисправностей, а корректное использование этих устройств требует обучения и опыта, которые могут отсутствовать в хаотичных чрезвычайных ситуациях.

Выносим ультразвук и ИИ на передовую

Ультразвук позволяет «видеть» под кожей в реальном времени, показывая расположение артерий, вен и костей, а также наличие или отсутствие кровотока. Проблема в том, что интерпретация этих градационных изображений обычно требует квалифицированного клинициста. Авторы поставили задачу снять этот барьер, сочетая портативный беспроводной ультразвуковой датчик с моделями ИИ, которые автоматически распознают ключевые структуры и определяют, закрыт ли сосуд эффективно. Их цель — устройство, которое относительно неопытный пользователь сможет разместить в общей области кровотечения; затем ИИ направит его к нужной точке и подаст сигнал, когда давление будет достаточным для контроля кровопотери.

Создание и испытание прототипов умных жгутов

Команда разработала два механических прототипа. Один, названный Frame Reinforced Junctional Tourniquet (FRejT), использует жесткую металлическую раму для позиционирования ультразвукового датчика и моторизованный исполнительный механизм, который давит вертикально. Второй дизайн, Base and Tightening Straps (BaTS), применяет регулируемые ремни, закрепляемые на столе или носилках, чтобы лучше адаптироваться к изогнённым поверхностям тела. Оба зажимают небольшой ультразвуковой датчик к коже и могут автоматически затягиваться под управлением компьютера. Для безопасного тестирования исследователи создали реалистичные силиконовые «фантомы» груди, живота и паховой области с искусственными артериями и венами, по которым циркулировала жидкость под давлением, имитируя реальное кровотечение.

Как умная система видит и сдавливает

Систему приводят в действие два типа моделей ИИ. Во-первых, модель обнаружения объектов анализирует каждый кадр ультразвука и рисует цифровые рамки вокруг артерии, вены и лежащей глубже кости. Это помогает устройству «понимать», когда оно правильно выровнено над сосудом и имеет твёрдую опору. Во-вторых, модель классификации судит, открыт ли сосуд или фактически перекрыт. Исследователи попробовали несколько вариантов и обнаружили, что лучше всего работают простые правила: вместо оценки точного процента снижения кровотока наиболее точным оказался бинарный ответ — да/нет — основанный на том, исчез ли тёмный пустотелый центр артерии (люмен) на изображении. Когда модель сигнализировала о коллапсе люмена, мотор продолжал подтягивать ещё несколько секунд, чтобы обеспечить по крайней мере 90% снижение потока в тестовой установке.

Эффективность по сравнению с существующими устройствами

В тестах на время новые прототипы сравнивали с коммерческими джункционными жгутами в подлючичной, аортальной и бедренной областях. Дизайн FRejT показал особенно обнадёживающие результаты: он регулярно достигал эффективной окклюзии сосуда так же быстро или быстрее, чем существующие устройства, а в некоторых случаях примерно в два раза быстрее. Дизайн BaTS изначально отставал и чаще соскальзывал, но после полной интеграции ИИ-наведения и детекции окклюзии оба прототипа смогли найти цель и остановить поток примерно за 20 секунд в бедренной модели. Система наведения на базе ИИ работала лучше всего, когда датчик ультразвука был близок к идеальной позиции и изображения были чёткими; исследователи настроили логику так, чтобы обнаружения одного крупного сосуда в сочетании с костью было достаточно для запуска последовательности окклюзии.

Что это может значить для будущей травматологической помощи

Чтобы тестирование оставалось безопасным и контролируемым, все эксперименты проводились на лабораторных фантомах, а не на людях или животных. Это означает, что впереди ещё долгий путь: устройства нужно сделать более прочными, адаптировать к полевым условиям, испытать на более реалистичных тканях и оценить работу с множеством разных пользователей. Тем не менее работа демонстрирует техническую осуществимость объединения ультразвука, ИИ и автоматической механики в одной системе, способной быстро локализовать и сжать глубокие кровеносные сосуды без участия эксперта. При успешной дальнейшей разработке такие умные джункционные жгуты могли бы дать медикам, полицейским или даже обученным случайным свидетелям мощный новый инструмент для остановки в противном случае не поддающегося лечению кровотечения до доставки пациента к окончательной помощи.

Цитирование: Hernandez Torres, S.I., Winter, T., Mejia, I. et al. Smart, automated junctional tourniquets leveraging AI-driven ultrasound guidance. Sci Rep 16, 6865 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-37467-1

Ключевые слова: контроль кровотечения, джункционный жгут, ультразвук, искусственный интеллект, травматическая помощь