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研究人員正在改進(jìn)可提供連續(xù)成像的軟粘性超聲貼片——有時(shí)長達(dá) 48 小時(shí)。

大多數(shù)可穿戴健康監(jiān)測設(shè)備都依靠基于光的方法為用戶提供生物特征信息——但這些數(shù)字并不能提供一個(gè)人健康的整體情況。

現(xiàn)在，可穿戴超聲波可以提供長達(dá) 48 小時(shí)的連續(xù)成像。圖片由UCSD提供

近年來流行的一種健康監(jiān)測技術(shù)是可穿戴超聲�？纱┐鞒�聲有望對內(nèi)部器官進(jìn)行連續(xù)監(jiān)測和成像，可以提供比目前可用的可穿戴設(shè)備更詳細(xì)的健康見解。 

基于多普勒的超聲貼片

2021 年 4 月，北安大略醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)表了一篇描述可穿戴超聲技術(shù)創(chuàng)新的學(xué)術(shù)論文。

研究人員展示了一種免提超聲貼片，能夠使用定量多普勒方法連續(xù)監(jiān)測頸動(dòng)脈。這篇發(fā)表在《自然》雜志上的論文描述了多普勒貼片如何附著在頸部并使用兩個(gè)連續(xù)波 4 MHz 超聲換能器進(jìn)行操作。一個(gè)換能器連續(xù)傳輸聲音，而另一個(gè)換能器連續(xù)接收回聲。 

多普勒傳感器的功能框圖。圖片由肯尼等人提供

該設(shè)備測量頻移；接收回波的頻率與發(fā)射波束的頻率進(jìn)行比較。頻率變化（稱為多普勒頻移）與朝向或遠(yuǎn)離換能器的運(yùn)動(dòng)速度成正比。使用這種方法，貼片可以檢測到在兩個(gè)光束的重疊體積內(nèi)移動(dòng)的任何地方的血液。

該貼片產(chǎn)生的超聲波束比頸動(dòng)脈寬得多，使醫(yī)療保健專業(yè)人員可以輕松地將設(shè)備放置在具有相當(dāng)大耐受性的動(dòng)脈上。該貼片附著在頸部，無需手動(dòng)操作，可以在超聲波束和動(dòng)脈之間進(jìn)行一致的定位和對齊，無需人工干預(yù)即可創(chuàng)建高度準(zhǔn)確的測量值。

2021 年 7 月，來自加州大學(xué)圣地亞哥分校 (UCSD) 的研究人員公布了他們自己的 軟超聲皮膚貼片。

與北安大略研究人員開發(fā)的設(shè)備一樣，UCSD 貼片使用超聲波技術(shù)來監(jiān)測血流以及相關(guān)的血壓和心臟功能。正如 在 Nature 上發(fā)表的一篇論文中所描述的那樣，免提貼片可以測量身體深處 14 厘米的信號，提供其準(zhǔn)確和可靠的測量。

超聲波可穿戴設(shè)備連接到其完整的實(shí)驗(yàn)裝置。圖片由UCSD提供

該貼片由一層可拉伸的聚合物薄片組成，可粘附在皮膚上并佩戴在頸部或胸部。該貼片與超聲相控陣集成在一起，這是一個(gè) 12 x12 的微型超聲換能器陣列，每個(gè)都單獨(dú)控制。該陣列還測量反射超聲波束的多普勒頻移，以直觀地記錄血流。

該補(bǔ)丁有兩種操作模式。首先，相控陣同步發(fā)射超聲波以產(chǎn)生高強(qiáng)度、聚焦的超聲波束，提供高深度測量。在另一種模式下，陣列和換能器傳輸不同步，允許超聲波束轉(zhuǎn)向和角度測量。 

可穿戴超聲的新發(fā)展來自麻省理工學(xué)院，麻省理工學(xué)院于 2022 年 7 月宣布推出郵票大小的超聲貼紙，用于體內(nèi)監(jiān)測。

該裝置包括由圍繞中間水凝膠層的兩層彈性體薄層制成的粘合劑層。每一層都具有獨(dú)特的功能：底部彈性體層設(shè)計(jì)用于粘附在患者皮膚上，而頂層則粘附在剛性傳感器陣列上。與北安大略的研究一樣，麻省理工學(xué)院的設(shè)備利用多普勒頻移來檢測底層血液的運(yùn)動(dòng)。

超聲波貼紙。圖片由麻省理工學(xué)院提供

在他們發(fā)表的研究報(bào)告中，研究人員解釋說，貼紙會(huì)一直貼在用戶的皮膚上（即使是活躍用戶），并提供長達(dá) 48 小時(shí)的可靠圖像。這些貼紙?jiān)诙鄠�(gè)身體部位進(jìn)行了測試，包括頸部、胸部、腹部和手臂。每個(gè)位置都提供了對底層血管直徑變化的洞察力。此外，這些貼紙還提供了對更深層器官（如心臟、胃和下面的肌肉）的臨床有用圖像。