加州大学圣地亚哥分校的工程师们开发出一种可穿戴超声波贴片，可以持续、无创地监测大脑血流。这种柔软有弹性的贴片可以舒适地戴在太阳穴上，提供大脑血流的三维数据——这是可穿戴技术中的首创。
加州大学圣地亚哥分校雅各布工程学院化学与纳米工程系教授徐胜领导的研究小组于5月22日在《自然》杂志上发表了他们的新技术。
可穿戴超声波贴片标志着当前临床标准经颅多普勒超声波的重大飞跃。这种方法需要训练有素的技术人员将超声波探头抵在患者头部。然而，这个过程也有其缺点。它依赖于操作员，因此测量的准确性会根据操作员的技能而变化。它也不适合长期使用。
徐教授的团队开发了一种克服这些障碍的设备。他们的可穿戴超声波贴片提供了一种解放双手、稳定且舒适的解决方案，患者在住院期间可以连续佩戴。
“该贴片的持续监测能力弥补了当前临床实践中的一个关键空白，”该研究的共同第一作者、徐实验室材料科学与工程博士生周赛说。“通常，每天在特定时间监测脑血流量，而这些测量值不一定能反映出一天中其他时间可能发生的情况。测量值之间可能存在未被发现的波动。如果患者即将在半夜中风，该设备可以提供对及时干预至关重要的信息。”
这项研究的另一位共同第一作者、徐实验室化学与纳米工程博士生 Geonho Park 指出，正在接受和康复脑部手术的患者也可以受益于这项技术。
该贴片大小与邮票相当，由嵌入多层可拉伸电子元件的硅橡胶制成。其中一层由一排小型压电换能器组成，这些换能器在受到电刺激时会产生超声波，并接收从大脑反射的超声波。另一个关键组件是铜网层(由弹簧状电线制成)，它通过最大限度地减少佩戴者的身体和环境干扰来提高信号质量。其余各层由可拉伸电极组成。
使用时，贴片通过电缆连接到电源和计算机。为了实现 3D 监控，研究人员将超快超声成像集成到系统中。与每秒捕获约 30 张图像的标准超声不同，超快成像每秒可捕获数千张图像。这种高帧速率对于从贴片中的压电换能器收集可靠数据是必要的，否则，由于头骨的强烈反射，压电换能器的信号强度会较低。
然后使用自定义算法对数据进行后期处理，以重建大脑主要动脉的大小、角度和位置等 3D 信息。
“脑血管结构复杂，有多个分支血管。你需要一个能够捕捉这种三维信息的设备来获得全貌并获得更准确的测量结果，”这项研究的另一位共同第一作者、徐实验室材料科学与工程博士生杨欣怡说道。
在这项研究中，研究人员在 36 名健康志愿者身上测试了该贴片测量大脑主要动脉血流速度(收缩压峰值、平均血流速度和舒张末期血流速度)的能力。参与者参与了影响血流的活动，例如握拳、屏住呼吸和阅读。贴片的测量结果与传统超声波探头的测量结果非常接近。
接下来，研究人员计划与加州大学圣地亚哥分校医学院的临床医生合作，在患有影响脑血流量的神经系统疾病的患者身上测试该贴片。徐与他人共同创办了一家名为 Softsonics 的初创公司，旨在将这项技术商业化。
论文：“使用适形超声贴片进行经颅容积成像。”