中國學者研發可穿戴心臟超聲器

■傅昭儀

心血管疾病（CVD）是一類重要的慢性病，其病程長、流行廣、費用貴、致殘致死率高，已被公認為是嚴重的公共衛生問題。我國心血管疾病患者已經超過3.3 億，并且有逐年上升趨勢。心功能連續成像對于長期心血管健康評估、急性心功能不全檢測以及危重患者或外科患者的臨床管理非常有價值。然而，傳統的非侵入性心功能成像方法由于設備體積大，無法提供連續的測量，更不能對正在運動的人進行心臟成像，這限制了對很多心血管疾病的探查。

近年來，可穿戴電子的發展日新月異，很多國內外課題組在做各種類型的可穿戴設備。但實際上，由于在傳播過程中受到人體組織和肌肉骨骼體系的阻擋，很多信號及能量會發生嚴重衰減。這導致大多數可穿戴電子設備只能探測和采集皮膚的淺表信號，而對電生理、電化學、血流動力學、熱學和力學信號等與疾病具有更強相關性的深層組織信號卻很難探測到。

近日，美國加州大學圣地亞哥分校（UCSD）徐升教授團隊在《自然》期刊上發表了論文，該團隊研發了一種可穿戴超聲貼片，即使在佩戴者移動時也能對心臟進行連續成像。成像儀體積小，大約是一張郵票的大小，可以黏附在人體上，而無需握住或需要煩瑣的固定。它具有與皮膚相似的彈性，因此對用戶的日常活動影響很小。

該研究主要分為3 個階段。

第一階段，實現可穿戴超聲成像。該論文第一作者胡鴻杰說：“B 超成像是醫學領域非常基本，但非常重要的一種技術。”因此，該團隊在很早之前就設立了實現可穿戴超聲成像的科研目標。之后，他們通過加工工藝、設計、電極材料等系列創新，逐步實現了高質量的B 超成像。

在研究的第二階段，研究人員找到了新型可穿戴成像儀的應用場景——心臟超聲成像。胡鴻杰表示，心臟疾病具有突發性，因此需要長期監測才能實時捕捉到患者的發病情況。通過該設備，可持續地提取患者在運動及非運動狀態時的重要心臟狀態信息，改變了傳統B 超無法實現在不穩定狀態對心臟長期進行動態成像的狀況。

第三階段，該團隊開發了一種算法，以促進連續的、由人工智能輔助的自動處理分析。具體來講，該設備可從連續的圖像記錄中自動提取左心室容量，生成關鍵心臟性能指標的波形，如沖程容量、心排血量和射血分數。這改變了以往應用中只能檢測到一兩個周期參數的不確定性，幫助醫生解決了煩瑣的手動結果的過程，從而實現更容易、更準確地解讀數據信息。

對此，美國加利福尼亞州洛杉磯Cedars Sinai 醫療中心心臟病專家David Ouyang 評論道：“我認為這樣的設備在臨床上是有用的，甚至可以改變現有的檢測模式。”

可穿戴式超聲成像貼的免提連續操作為提高診斷的準確性和病人的體驗提供了許多可能性，為深層組織傳感開辟了新的空間。此后，該技術還可以推廣到其他深層組織的成像，例如下腔靜脈、腹主動脈、脊柱和肝臟等。并且，該設備還可應用于一些疾病的輔助治療、輔助手術。