可穿戴超声最新进展--超声波贴片提供内部器官的连续成像,突破48小时、可测深度14cm

2022-09-08 13:55:28 来源:EETOP

大多数可穿戴健康监测设备都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。

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现在,可穿戴超声波可以提供长达 48 小时的连续成像

研究人员正在改进可提供连续成像的软粘性超声贴片——有时长达 48 小时。

近年来流行的一种健康监测技术是可穿戴超声。可穿戴超声有望对内部器官进行连续监测和成像,可以提供比目前可用的可穿戴设备更详细的健康见解。 

基于多普勒的超声贴片

2021 年 4 月,北安大略医学院的研究人员发表了一篇描述可穿戴超声技术创新的学术论文。

研究人员展示了一种免手持式超声贴片,能够使用定量多普勒方法连续监测颈动脉。这篇发表在《自然》杂志上的论文描述了多普勒贴片如何附着在颈部并使用两个连续波 4 MHz 超声换能器进行操作。一个换能器连续传输声音,而另一个换能器连续接收回声。 

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多普勒传感器的功能框图

该设备测量频移;接收回波的频率与发射波束的频率进行比较。频率变化(称为多普勒频移)与朝向或远离换能器的运动速度成正比。使用这种方法,贴片可以检测到在两个光束的重叠体积内移动的任何地方的血液。

该贴片产生的超声波束比颈动脉宽很多,这样医护人员就可以在相当大的容忍度下轻松地将设备放置在颈动脉上。贴片附着在颈部,无需手动操作,可实现超声光束和动脉之间的一致定位和对齐,实现高度精确的测量,几乎无需人工干预。

测量深度为14厘米

2021 年 7 月,来自加州大学圣地亚哥分校 (UCSD) 的研究人员公布了他们自己的 软超声皮肤贴片

与北安大略省研究人员开发的设备一样,UCSD的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描述的那样,这种免手持式贴片可以测量深达身体14厘米的信号,提供极其准确和可靠的测量

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超声波可穿戴设备连接到其完整的实验装置。图片由UCSD提供

该贴片由一层可拉伸的聚合物薄片组成,可粘附在皮肤上并佩戴在颈部或胸部。该贴片与超声相控阵集成在一起,这是一个 12 x12 的微型超声换能器阵列,每个都单独控制。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。

该贴片有两种操作模式。首先,相控阵同步发射超声波以产生高强度、聚焦的超声波束,提供高深度测量。在另一种模式下,阵列和换能器传输不同步,允许超声波束转向和角度测量。 

48 小时持续监控

可穿戴超声的最终和最新发展来自麻省理工学院,麻省理工学院于 2022 年 7 月宣布推出邮票大小的超声贴纸,用于体内监测。

该装置包括由围绕中间水凝胶层的两层弹性体薄层制成的粘合剂层。每一层都具有独特的功能:底部弹性体层设计用于粘附在患者皮肤上,而顶层则粘附在刚性传感器阵列上。与北安大略的研究一样,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。

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超声波贴纸。图片由麻省理工学院提供

在他们发表的研究报告中,研究人员解释说,贴纸会一直贴在用户的皮肤上(即使是活跃用户),并提供长达 48 小时的可靠图像。这些贴纸在多个身体部位进行了测试,包括颈部、胸部、腹部和手臂。每个位置都提供了对底层血管直径变化的洞察力。此外,这些贴纸还提供了对更深层器官(如心脏、胃和下面的肌肉)的临床有用图像。


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