就在上一年7月份，麻省理工學院趙選賀等人在Science上介紹了一種生物粘附超聲 (BAUS) 貼片，他們通過將軟水凝膠封裝在彈性體薄膜中并在其上涂上生物粘附材料，從而結合了彈性體和水凝膠的優點，解決了目前可穿戴超聲貼片的一些突出挑戰。（MIT趙選賀Science：超聲貼片！）
近日，加州大學圣地亞哥分校徐升等研究人員在該領域同樣深耕，歷經4年努力，開發了一種可穿戴超聲貼片，即使佩戴者在移動，也能對心臟進行連續成像。該成像器體積很小，無需手持或繁瑣的固定即可貼合人體。它具有與皮膚相似的彈性，因此對用戶的日?；顒拥南拗谱钚?。成果發表在Nature上。
心血管疾病通常與心臟成像檢測到的心臟泵送能力的變化有關。因此，心臟的無創、連續成像對于早期檢測和監測心血管疾病很有價值?，F有的評估心臟功能的方法能夠進行成像或連續測量，但不能同時進行兩者。非成像方法包含的信息比圖像少，但成像方法只能捕獲短暫的快照，還涉及笨重的設備，并且需要訓練有素的技術人員來操作探頭。監測周期不足可能導致無法檢測到僅短暫出現的癥狀，如竇性心律失常。
此外，現有龐大的成像設備無法對正在運動的個人的心臟進行成像，這是一個重要的限制，因為某些與疾病相關的反應僅在運動引起的壓力下出現。此外，目前，心臟病學家必須手動分析從心臟成像中得出的任何定量測量結果，這是一個艱巨、漫長且受觀察者間差異影響的過程。
研究人員報告了一種用于連續、實時和直接心臟功能評估的可穿戴超聲設備。研究人員引入了設備設計和材料制造方面的創新，改善了設備與人體皮膚之間的機械耦合，允許在運動過程中從不同的角度檢查左心室。
該裝置由壓電換能器陣列、液態金屬復合電極和三嵌段共聚物封裝而成。該裝置基于苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（styrene–ethylene–butylene–styrene, SEBS）。為了提供心臟的全面視圖，標準的臨床實踐是通過旋轉超聲探頭在兩個正交方向上對其進行成像。為了消除手動旋轉的需要，研究人員設計了正交配置的設備。每個換能器元件由各向異性1-3壓電復合材料和基于銀環氧樹脂的背襯層組成。為了平衡穿透深度和空間分辨率，研究人員選擇了3?MHz用于深層組織成像。陣列間距為0.4?mm（即0.78超聲波波長），可提高橫向分辨率并減少柵瓣。該成像器由兩個呈十字形排列的線性超聲換能器陣列組成，無需重新定位即可從兩個正交視圖進行成像。超聲貼片中的密集元件提供與商業成像器相似的成像質量。
圖|可穿戴心臟成像儀的設計和表征
此外，研究人員定制了一個神經網絡來自動處理圖像以提取心臟性能的關鍵指標，例如每搏輸出量（每次收縮泵出的血液量）、心輸出量（每分鐘泵出的血液量）和射血分數（一個心室，即左心室，每次收縮排出的血液的體積分數），從而消除了觀察者之間的差異。為了測試該系統，研究人員在運動前、運動中和運動后監測了心臟對壓力的反應。在運動過程中使用超聲波來測試心臟解剖結構和功能是前所未有的。
圖|多個標準視圖中的超聲心動圖
圖|運動過程中的監測
可穿戴超聲成像儀的免提連續操作為提高診斷準確性和患者體驗提供了許多可能性?？纱┐鞒暭夹g為深層組織傳感開辟了一個新的維度。該技術可以擴展到對各種深層組織和中央器官進行成像，而不僅僅是心臟。捕捉內部組織和器官的解剖結構和動態功能的連續超聲圖像可以提供前所未有的有關健康狀況和健康狀況的信息。研究人員開發的算法使用一種稱為深度學習的人工智能技術，可以為臨床醫生提供客觀、可操作的信息，幫助他們做出治療決策。與傳統可穿戴設備測量的表面信號相比，深層組織信號提供了關于疾病狀態和預后的更準確信息。持續不斷的信息流還可能對預測急性不良事件和及時干預產生重大影響，從而有可能挽救許多生命。
目前形式的可穿戴成像貼片并不完美。未來還須提高其空間分辨率。為了使設備適應不同的靜態和動態曲面，需要通過先進的成像算法或幾何傳感技術來優化由換能器陣列變形引起的失真信號的補償。此外，應該推廣深度學習模型，使其適用于更大的人群。該設備目前通過柔性電纜連接到后端，用于數據和電力傳輸；后端控制超聲和圖像處理，并提供用戶界面和圖像顯示屏幕。因此，需要進一步的工作來開發一種完全集成的可穿戴超聲系統，該系統具有柔軟的微型驅動電子設備和內置電源。
參考文獻：
Hu, H., Huang, H., Li, M. et al. A wearable cardiac ultrasound imager. Nature 613, 667–675 (2023).
https://doi.org/10.1038/s41586-022-05498-z
