麻省理工學院團隊成功開發貼片式可穿戴超聲監測儀

麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology，MIT）的研究人員開發了一種貼片式可穿戴超聲監測設備可用於檢查體內器官而無需超聲操作員或使用凝膠。

在一項最新公開的研究（發表於Nature Electronics：A conformable phased-array ultrasound patch for bladder volume monitoring，http://www.nature.com/articles/s41928-023-01068-x）中，MIT研究人員透露他們的貼片可以精確掃描膀胱並確定膀胱的充盈程度。研究人員表示，這可以使患有膀胱或腎髒疾病的人更容易評估他們的器官是否正常工作。

該方法還可用於通過重新定位超聲波陣列並調整信號頻率來監測體內的不同器官。此類設備有望能夠及早發現源自身體深處的腫瘤，例如卵巢癌。“這項技術用途廣泛，不僅可以用於膀胱，還可以用於身體的任何深層組織。這是一個新穎的平台，可以對我們體內的許多疾病進行識別和表征，”MIT媒體實驗室副教授、該研究的研究者 Canan Dagdeviren 說。

Dagdeviren 的實驗室專門設計柔性可穿戴電子設備，他們最近開發了一種超聲波監視器，可以集成到文胸中用於篩查乳腺癌。在這項新研究中，研究小組使用類似的方法開發了一種可穿戴貼片，可以粘附在皮膚上並拍攝體內器官的超聲圖像。

在他們的第一次演示中，研究人員決定將重點放在膀胱上，部分原因來自Dagdeviren的弟弟幾年前被診斷出患有腎癌。在手術切除其中一個腎髒後，他很難完全排空膀胱。Dagdeviren想知道，顯示膀胱充盈程度的超聲波監測儀是否可以幫助像她哥哥這樣的患者，或患有其他類型膀胱或腎髒問題的人。“數百萬人患有膀胱功能障礙和相關疾病，毫不奇怪，膀胱容量監測是評估腎髒健康狀況的有效方法，” Dagdeviren說。

目前，測量膀胱體積的唯一方法是使用傳統的、笨重的超聲波探頭，這需要病患到醫療機構就醫。Dagdeviren 和她的同事希望開發一種可供患者在家使用的可穿戴替代品。為了實現這一目標，他們創建了一種由矽橡膠製成的柔性貼片，其中嵌入了五個超聲波陣列，這些超聲波陣列由研究人員為該設備開發的新型壓電材料製成。陣列呈十字形放置，這使得貼片能夠對整個膀胱進行成像，膀胱充滿後的尺寸約為12 ×8厘米。

構成貼片的聚合物具有天然粘性，可輕柔地粘附在皮膚上，使其易於粘貼和拆卸。放在皮膚上，內衣或緊身褲可以幫助將其固定到位。

研究人員表明，新貼片可以捕獲與傳統超聲探頭拍攝的圖像相當的圖像，並且這些圖像可用於跟蹤膀胱容量的變化。在這項研究中，研究人員招募了 20 名具有一係列體重指數的患者。首先對受試者膀胱充滿的情況進行成像，然後對部分排空的膀胱進行成像，然後對完全排空的膀胱進行成像。從新貼片獲得的圖像質量與傳統超聲波拍攝的圖像相似，並且超聲波陣列適用於所有受試者，無論其體重指數如何。使用這種貼片，不需要超聲波凝膠，也不需要像常規超聲波探頭那樣施加壓力，因為視野足夠大，可以包圍整個膀胱。

為了查看圖像，研究人員將他們的超聲波陣列連接到醫學成像中心使用的同類超聲波機器上。研究團隊現在正在開發一種便攜式設備，其大小與智能手機相當，可用於查看圖像。“在這項工作中，我們進一步開發了一條順應性超聲波生物傳感器臨床轉化的道路，可產生有關重要生理參數的有價值的信息。我們的團隊希望以此為基礎，開發出一套設備，最終彌合臨床醫生和患者之間的信息鴻溝。”麻省總醫院超聲研究和翻譯中心主任兼麻省總醫院影像科學副主任 Anthony E. Samir 說道。

麻省理工學院的團隊還希望開發出可用於對體內其他器官（例如胰腺、肝髒或卵巢）進行成像的超聲波設備。根據每個器官的位置和深度，研究人員需要改變超聲信號的頻率，這需要設計新的壓電材料。對於其中一些位於身體深處的器官，該設備以植入物形式出現可能比可穿戴貼片效果更好。

Dagdeviren說：“對於我們需要可視化的任何器官，我們都會回到第一步，選擇正確的材料，提出正確的設備設計，然後相應地製造一切，”然後再測試設備並進行臨床試驗。

Source: zee5; Nature Electronics; MIT

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