高精度！工程师开发出一款柔软的超声波贴片，可测量14cm深的心血管信号

加州大学圣地亚哥分校的工程师们已经开发出一种柔软、有弹性的超声波贴片，可以戴在皮肤上监测人体内部主要动脉和静脉的血液流动，早期预警导致中风或心脏病发作的动脉阻塞。

这种新型超声波贴片可以实时连续监测血流、血压和心脏功能。佩戴这样的设备，可以更容易地在早期发现心血管疾病。

这种贴片可以用在脖子或胸部。其特别之处在于，它可以以非侵入性的方式感知和测量身体内部14厘米深的心血管信号。而且它可以做到高精度。

研究人员解释说，这在可穿戴设备领域尚属首次，因为现有的可穿戴传感器通常只监测其正下方的区域。“如果你想在不同的位置感知信号，你必须将传感器移动到那个位置。有了这个补丁，我们可以探测到比设备足迹更宽的区域。这可以带来很多新的机会。”

由加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院纳米工程教授Sheng Xu领导的团队在7月16日发表在《自然·生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）杂志上的一篇论文中报道了这种“补丁”。

这种贴片由附着在皮肤上的柔韧、可伸缩的聚合物薄片组成。贴片上嵌入了一排毫米大小的超声波换能器。每一个都由计算机单独控制——这种类型的阵列被称为超声相控阵。

相控阵提供两种主要的工作模式。在一种模式下，所有的换能器可以同步传输超声波，从而产生高强度的超声波束，聚焦在身体深处14厘米的一个点上。在另一种模式下，传感器可以通过编程实现不同步传输，从而产生可以转向不同角度的超声波束。

相控阵由一个12×12网格的超声波换能器组成。当电流通过传感器时，它们会振动并发出超声波，穿过皮肤并深入身体。当超声波穿透主血管时，会遇到血液中流动的红细胞的运动。这种运动改变或改变了超声波反射回贴片的方式——这种效应被称为多普勒频移（Doppler frequency shift）。这种反射信号的变化被贴片捕捉到，并用于创建血流的视觉记录。同样的机制也可以用来创建心脏壁的运动图像。

标准的血流检查，本身可能是耗时和耗费人力的。但这种贴片使用简单，只要把它贴在皮肤上，然后读取信号。它不依赖于操作者，也不会给技术人员、临床医生或患者带来额外的工作或负担。在未来，患者有望佩戴这样的设备来进行定点护理或持续在家监护。

在测试中，贴片的效果和诊所中使用的商业超声波探头一样好。它准确地记录了主要血管的血流，比如颈动脉，颈动脉是脖子上为大脑供血的动脉。例如，有能力监测这一流动的变化，可以帮助确定一个人是否在症状出现之前就有中风风险。

研究人员指出，这种贴片在准备投入临床使用之前还有很长的路要走。目前，它需要连接电源和台式机器才能工作。研究团队正在整合“补丁”上的所有电子设备，使其无线化。

译/前瞻经济学人APP资讯组

参考来源：https://medicalxpress.com/news/2021-07-soft-skin-patch-early-heart.html