可穿戴超聲最新進展--超聲波貼片提供內部器官的連續成像,突破48小時、可測深度14cm

                  2022-09-08 13:55:28 來源:EETOP

                  大多數可穿戴健康監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。

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                  現在,可穿戴超聲波可以提供長達 48 小時的連續成像

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

                  近年來流行的一種健康監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監測和成像,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,北安大略醫學院的研究人員發表了一篇描述可穿戴超聲技術創新的學術論文。

                  研究人員展示了一種免手持式超聲貼片,能夠使用定量多普勒方法連續監測頸動脈。這篇發表在《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波 4 MHz 超聲換能器進行操作。一個換能器連續傳輸聲音,而另一個換能器連續接收回聲。 

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                  多普勒傳感器的功能框圖

                  該設備測量頻移;接收回波的頻率與發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很多,這樣醫護人員就可以在相當大的容忍度下輕松地將設備放置在頸動脈上。貼片附著在頸部,無需手動操作,可實現超聲光束和動脈之間的一致定位和對齊,實現高度精確的測量,幾乎無需人工干預。

                  測量深度為14厘米

                  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。

                  與北安大略省研究人員開發的設備一樣,UCSD的貼片使用超聲波技術來監測血流以及相關的血壓和心臟功能。正如發表在《自然》雜志上的一篇論文所描述的那樣,這種免手持式貼片可以測量深達身體14厘米的信號,提供極其準確和可靠的測量。

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                  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。

                  該貼片有兩種操作模式。首先,相控陣同步發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。 

                  48 小時持續監控

                  可穿戴超聲的最終和最新發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。

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                  超聲波貼紙。圖片由麻省理工學院提供

                  在他們發表的研究報告中,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。


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