3-D ultrasound imaging has many advantages over 2-D imaging such as more comprehensive tissue evaluation and less operator dependence. Although many 3-D ultrasound imaging techniques have been developed in the last several decades, a low-cost and accessible solution with high imaging volume rate and imaging quality remains elusive. Recently we proposed a new, high volume rate 3-D ultrasound imaging technique: Fast Acoustic Steering via Tilting Electromechanical Reflectors (FASTER), which uses a water-immersible and fast-tilting acoustic reflector to steer ultrafast plane waves in the elevational direction to achieve high volume rate 3-D ultrasound imaging with conventional 1-D array transducers. However, the initial implementation of FASTER imaging only involves a single fast-tilting acoustic reflector, which is inconvenient to use because the probe cannot be held in the regular upright position. Also, conventional FASTER imaging can only be performed inside a water tank because of the necessity of using water for acoustic conduction. To address these limitations of conventional FASTER, here we developed a novel ultrasound probe clip-on device that encloses a fast-tilting reflector, a redirecting reflector, and an acoustic wave conduction medium. The new FASTER 3-D imaging device can be easily attached to or removed from clinical ultrasound transducers, allowing rapid transformation from 2-D to 3-D ultrasound imaging. In vitro B-mode imaging studies demonstrated that the proposed method provided comparable imaging quality (e.g., spatial resolution and contrast-to-noise ratio) to conventional, mechanical-translation-based 3-D imaging while providing a much faster 3-D volume rate (e.g., 300 Hz vs âˆ¼10 Hz). In addition to B-mode imaging, we also demonstrated 3-D power Doppler imaging and 3-D super-resolution ultrasound localization microscopy with the newly developed FASTER device. An in vivo imaging study showed that the FASTER device could clearly visualize the 3-D anatomy of the basilic vein of a healthy volunteer, and customized beamforming was implemented to accommodate the speed of sound difference between the acoustic medium and the imaging object (e.g., soft tissue). These results suggest that the newly developed redirecting reflector and the clip-on device could overcome key hurdles for future clinical translation of the FASTER 3-D imaging technology.

Abstract Significance Cerebral vascular reactivity is critical parameters of brain homeostasis in health and disease, but the investigational value of brain oxymetry is diminished by anesthesia and mechanical fixation of the mouse scull. Aim We needed to reduce the physical restrictivity of hemodynamic spectroscopy to enable Alzheimer’s disease (AD) studies in freely-moving mice. Approach We combined spectroscopy, spectral analysis software and a magnetic, implantable device to measure vascular reactivity in unanesthetized, freely-moving mice. We measured cerebral blood volume fraction ( CBVF ) and oxygen saturation (S O2 ). Results We validated that our system could detect delayed cerebrovascular recovery from hypoxia in an orthotopic xenograft glioma model under anesthetized condition and we also found increased CBVF and impaired vascular reactivity during hypercapnia in a freely-moving mouse model of AD compared to wild-type littermates. Conclusions Our optomechanical approach to reproducibly getting light into and out of the brain enabled us to successfully measure CBVF and S O2 during hypercapnia in unanesthetized freely-moving mice. We present hardware and software enabling oximetric analysis of metabolic activity, which provides a safe and reliable method for rapid assessment of vascular reactivity in murine disease models as well as CBVF and S O2 .

Controlling the movement of bubbles has a wide range of applications, from biomedical research to industrial manufacturing. Methods to directly and mechanically control bubbles have persistent challenges, such as limited size adaptability, restricted freedom, and gas loss resulting from contact adhesion. Inspired by vesicular transport, we present a bubble manipulation strategy based on the electrowetting-on-dielectric principle by using oil as a vehicle. The bioinspired bubble control strategy is supported by theoretical model and experimental testing to be multi-dimensional and cross-scale. The concept of using oil as a means to controllably transport bubbles offers a new strategy for various practical applications, including robotics, electrochemistry, optics, and microfluidics.

In recent years, the traditional simulation-based medical teaching approach has faced challenges in meeting the requirements of practical emergency medicine education. This study utilized open-source tools and software to develop immersive panoramic videos using virtual reality technology for emergency medical teaching. It aims to investigate the efficacy of this novel teaching methodology. This transformation shifted the focus from physical simulation to virtual simulation in medical education, establishing a metaverse for emergency medical teaching.

Wireless capsule endoscopy (WCE) offers a non-invasive evaluation of the digestive system, eliminating the need for sedation and the risks associated with conventional endoscopic procedures. Its significance lies in diagnosing gastrointestinal tissue irregularities, especially in the small intestine. However, existing commercial WCE devices face limitations, such as the absence of autonomous lesion detection and treatment capabilities. Recent advancements in micro-electromechanical fabrication and computational methods have led to extensive research in sophisticated technology integration into commercial capsule endoscopes, intending to supersede wired endoscopes. This Review discusses the future requirements for intelligent capsule robots, providing a comparative evaluation of various methods' merits and disadvantages, and highlighting recent developments in six technologies relevant to WCE. These include near-field wireless power transmission, magnetic field active drive, ultra-wideband/intrabody communication, hybrid localization, AI-based autonomous lesion detection, and magnetic-controlled diagnosis and treatment. Moreover, we explore the feasibility for future "capsule surgeons".

The calcium-sensitive receptor (CaSR) has been identified as a key factor in the formation of kidney stones. A substantial body of research has illuminated the function of CaSR in stone formation with respect to oxidative stress, epithelial injury, crystal adhesion, and stone-associated proteins. Nevertheless, as a pivotal molecule in renal calcium excretion, its pathway that contributes to stone formation by regulating calcium supersaturation remains underexplored.