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

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

現在，可穿戴超聲波可以提供長達 48 小時的連續(xù)成像。圖片由UCSD提供

近年來流行的一種健康監(jiān)測技術是可穿戴超聲。可穿戴超聲有望對內部器官進行連續(xù)監(jiān)測和成像，可以提供比目前可用的可穿戴設備更詳細的健康見解。 

基于多普勒的超聲貼片

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

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連續(xù)波 4 MHz 超聲換能器進行操作。一個換能器連續(xù)傳輸聲音，而另一個換能器連續(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

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

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

2021 年 7 月，來自加州大學圣地亞哥分校 (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)的設備一樣，UCSD 貼片使用超聲波技術來監(jiān)測血流以及相關的血壓和心臟功能。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，提供其準確和可靠的測量。

超聲波可穿戴設備連接到其完整的實驗裝置。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 12 x12 的微型超聲換能器陣列，每個都單獨控制。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。

該補丁有兩種操作模式。首先，相控陣同步發(fā)射超聲波以產生高強度、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，允許超聲波束轉向和角度測量。 

可穿戴超聲的新發(fā)展來自麻省理工學院，麻省理工學院于 2022 年 7 月宣布推出郵票大小的超聲貼紙，用于體內監(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。每一層都具有獨特的功能：底部彈性體層設計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，麻省理工學院的設備利用多普勒頻移來檢測底層血液的運動。

超聲波貼紙。圖片由麻省理工學院提供

在他們發(fā)表的研究報告中，研究人員解釋說，貼紙會一直貼在用戶的皮膚上（即使是活躍用戶），并提供長達 48 小時的可靠圖像。這些貼紙在多個身體部位進行了測試，包括頸部、胸部、腹部和手臂。每個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。