麻省理工学院团队成功开发贴片式可穿戴超声监测仪

麻省理工学院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的研究人员开发了一种贴片式可穿戴超声监测设备可用于检查体内器官而无需超声操作员或使用凝胶。

在一项最新公开的研究（发表于Nature Electronics：A conformable phased-array ultrasound patch for bladder volume monitoring，https://www.nature.com/articles/s41928-023-01068-x）中，MIT研究人员透露他们的贴片可以精确扫描膀胱并确定膀胱的充盈程度。研究人员表示，这可以使患有膀胱或肾脏疾病的人更容易评估他们的器官是否正常工作。

该方法还可用于通过重新定位超声波阵列并调整信号频率来监测体内的不同器官。此类设备有望能够及早发现源自身体深处的肿瘤，例如卵巢癌。“这项技术用途广泛，不仅可以用于膀胱，还可以用于身体的任何深层组织。这是一个新颖的平台，可以对我们体内的许多疾病进行识别和表征，”MIT媒体实验室副教授、该研究的研究者 Canan Dagdeviren 说。

Dagdeviren 的实验室专门设计柔性可穿戴电子设备，他们最近开发了一种超声波监视器，可以集成到文胸中用于筛查乳腺癌。在这项新研究中，研究小组使用类似的方法开发了一种可穿戴贴片，可以粘附在皮肤上并拍摄体内器官的超声图像。

在他们的第一次演示中，研究人员决定将重点放在膀胱上，部分原因来自Dagdeviren的弟弟几年前被诊断出患有肾癌。在手术切除其中一个肾脏后，他很难完全排空膀胱。Dagdeviren想知道，显示膀胱充盈程度的超声波监测仪是否可以帮助像她哥哥这样的患者，或患有其他类型膀胱或肾脏问题的人。“数百万人患有膀胱功能障碍和相关疾病，毫不奇怪，膀胱容量监测是评估肾脏健康状况的有效方法，” Dagdeviren说。

目前，测量膀胱体积的唯一方法是使用传统的、笨重的超声波探头，这需要病患到医疗机构就医。Dagdeviren 和她的同事希望开发一种可供患者在家使用的可穿戴替代品。为了实现这一目标，他们创建了一种由硅橡胶制成的柔性贴片，其中嵌入了五个超声波阵列，这些超声波阵列由研究人员为该设备开发的新型压电材料制成。阵列呈十字形放置，这使得贴片能够对整个膀胱进行成像，膀胱充满后的尺寸约为12 ×8厘米。

构成贴片的聚合物具有天然粘性，可轻柔地粘附在皮肤上，使其易于粘贴和拆卸。放在皮肤上，内衣或紧身裤可以帮助将其固定到位。

研究人员表明，新贴片可以捕获与传统超声探头拍摄的图像相当的图像，并且这些图像可用于跟踪膀胱容量的变化。在这项研究中，研究人员招募了 20 名具有一系列体重指数的患者。首先对受试者膀胱充满的情况进行成像，然后对部分排空的膀胱进行成像，然后对完全排空的膀胱进行成像。从新贴片获得的图像质量与传统超声波拍摄的图像相似，并且超声波阵列适用于所有受试者，无论其体重指数如何。使用这种贴片，不需要超声波凝胶，也不需要像常规超声波探头那样施加压力，因为视野足够大，可以包围整个膀胱。

为了查看图像，研究人员将他们的超声波阵列连接到医学成像中心使用的同类超声波机器上。研究团队现在正在开发一种便携式设备，其大小与智能手机相当，可用于查看图像。“在这项工作中，我们进一步开发了一条顺应性超声波生物传感器临床转化的道路，可产生有关重要生理参数的有价值的信息。我们的团队希望以此为基础，开发出一套设备，最终弥合临床医生和患者之间的信息鸿沟。”麻省总医院超声研究和翻译中心主任兼麻省总医院影像科学副主任 Anthony E. Samir 说道。

麻省理工学院的团队还希望开发出可用于对体内其他器官（例如胰腺、肝脏或卵巢）进行成像的超声波设备。根据每个器官的位置和深度，研究人员需要改变超声信号的频率，这需要设计新的压电材料。对于其中一些位于身体深处的器官，该设备以植入物形式出现可能比可穿戴贴片效果更好。

Dagdeviren说：“对于我们需要可视化的任何器官，我们都会回到第一步，选择正确的材料，提出正确的设备设计，然后相应地制造一切，”然后再测试设备并进行临床试验。

Source: zee5; Nature Electronics; MIT

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