超声波贴片可对内脏进行连续成像

大多数可穿戴健康监测设备依靠基于光的方法为用户提供生物特征信息，但这些数字并不能提供一个人健康的整体情况。

 

现在，可穿戴超声波可以提供长达48小时的连续成像。图片由加州大学可持续发展学院提供

 

近年来流行的一种健康监测技术是可穿戴超声波。可穿戴超声波有望对内脏进行持续监测和成像，它可能比目前可用的可穿戴设备提供更详细的健康见解。

 

一种基于多普勒的超声贴片

2021年4月，安大略省北部医学院的研究人员发表了一篇学术论文，描述了可穿戴超声的创新。

研究人员提出了一种免提超声波贴片，能够使用定量多普勒方法持续监测颈动脉。这篇发表在《自然》杂志上的论文描述了多普勒贴片如何粘附在颈部，并使用两个连续波4 MHz超声换能器进行操作。一个换能器连续发射声音，而另一个换能器持续接收回声。

 

多普勒传感器的功能框图。图片由Kenny等人提供

 

该设备测量频率偏移；将接收到的回波的频率与发送的波束的频率进行比较。频率的变化被称为多普勒频移，与朝向或远离换能器的运动速度成比例。使用这种方法，贴片可以检测到在两个光束的重叠体积内任何地方移动的血液。

该贴片产生的超声波束比颈动脉宽得多，使医疗保健专业人员能够以相当大的公差轻松地将设备放置在动脉上。该贴片粘附在颈部，可以实现超声波束和动脉之间的免提、一致定位和对齐，在几乎没有手动干预的情况下实现高度准确的测量。

 

测量深度为14厘米

2021年7月，加州大学圣地亚哥分校的研究人员宣布了他们自己的软超声波皮肤贴片。

与安大略省北部研究人员开发的设备一样，UCSD贴片使用超声波技术来监测血流以及相关的血压和心脏功能。正如发表在《自然》杂志上的一篇论文所述，免提贴片可以测量身体深处14厘米的信号，提供极其准确可靠的测量。

 

超声波可穿戴设备连接到其完整的实验装置。图片由加州大学可持续发展学院提供

 

贴片由一层可拉伸的聚合物薄片组成，粘附在皮肤上，佩戴在颈部或胸部。该贴片与超声相控阵集成，超声相控阵是一个由微小超声换能器组成的12x12阵列，每个换能器都单独控制。该阵列还测量反射超声波束的多普勒频移，以直观地记录血流。

该补丁有两种操作模式。在第一种情况下，相控阵同步发射超声波，产生高强度聚焦超声波束，提供高深度测量。在另一种模式中，阵列和换能器传输不同步，从而允许超声波束转向和角度测量。

 

48小时连续监测

可穿戴超声波的最后一项也是最新进展来自麻省理工学院，该学院于2022年7月宣布了一种用于人体内部监测的印章大小的超声波贴纸。

该装置包括由两层弹性体薄层制成的粘合层，该弹性体薄层围绕中间水凝胶层。每一层都有独特的功能：底部弹性体层被设计为粘附在患者的皮肤上，而顶层粘附在刚性的换能器阵列上。与安大略省北部的研究一样，麻省理工学院的设备利用多普勒频移来检测底层血液的运动。

 

超声波贴纸。图片由麻省理工学院提供

 

在他们发表的研究中，研究人员解释说，贴纸贴在用户的皮肤上（即使是活跃用户），并提供长达48小时的可靠图像。这些贴纸在身体的多个部位进行了测试，包括颈部、胸部、腹部和手臂。每个位置都提供了对下方血管直径变化的洞察。此外，贴纸提供了心脏、胃和下方肌肉等深层器官的临床有用图像。

 

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