加州大学圣地亚哥分校开发一种可穿戴式超声贴片，为人体组织病变检测提供了一种非侵入性、高穿透深度的新方式 ​

加州大学圣地亚哥分校开发一种可穿戴式超声贴片，为人体组织病变检测提供了一种非侵入性、高穿透深度的新方式

这项研究出自Sheng Xu的实验室，他是加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院的纳米工程教授，也是这项研究的通讯作者。这篇论文名为“可拉伸超声阵列三维映射深层组织模量”（Stretchable ultrasonic arrays for the three-dimensional mapping of the modulus of deep tissue），发表在2023年5月1日的《自然生物医学工程》（Nature Biomedical Engineering）期刊上。

“我们发明了一种可穿戴设备，可以频繁地评估人体组织的刚度，”Xu小组的博士后研究员、研究报告的合著者Hongjie Hu说。“特别是，我们将一系列超声波元素集成到软弹性体基质中，并使用波浪蛇形可拉伸电极连接这些元素，使设备能够符合人体皮肤，进行组织刚度的系列评估。”

弹性成像监测系统可以为深部组织提供连续的、非侵入的、三维的力学特性测绘。它有几个关键应用：

在医学研究中，病理组织的一系列数据可以提供疾病进展的关键信息，如癌症，通常导致细胞硬化。

监测肌肉，肌腱和韧带可以帮助诊断和治疗运动损伤。

目前对肝脏和心血管疾病的治疗，连同一些化疗药物，可能会影响组织僵硬。连续弹性成像可以帮助评估这些药物的疗效和交付。这可能有助于创造新的治疗方法。

除了监测癌变组织，这项技术还可以应用于其他场景:

监测肝纤维化和肝硬化。通过使用这项技术来评估肝纤维化的严重程度，医疗专业人员可以准确地跟踪疾病的进展，并确定最合适的治疗方案。

评估肌肉骨骼疾病，如肌腱炎，网球肘和腕管综合征。通过监测组织硬度的变化，这项技术可以为这些疾病的进展提供有价值的见解，使医生能够为患者制定个性化的治疗计划。

心肌缺血的诊断与监测。通过监测动脉壁弹性，医生可以识别病情的早期迹象，及时干预，防止进一步损害。

可穿戴式超声贴片完成了传统超声的检测功能，也突破了传统超声技术一次性检测、只能在医院内检测、需要人员操作等局限性。

这使得患者可以随时随地持续监测自己的健康状况，可以帮助减少误诊和死亡，并通过提供传统诊断程序的非侵入性和低成本替代方案，显著降低成本。

“可穿戴超声技术的新浪潮正在推动医疗监测领域的变革，改善患者的治疗效果，降低医疗成本，并促进即时诊断的广泛采用。”徐小组的访问学生、该研究的合著者Yuxiang Ma说，“随着这项技术的不断发展，我们很可能会在医学成像和医疗监测领域看到更重大的进步。”

该阵列符合人体皮肤，并与之声学耦合，允许通过磁共振弹性成像验证精确的弹性成像。

在测试中，该装置用于绘制离体组织杨氏模量的三维分布，检测志愿者肌肉在疼痛发作前的微结构损伤，并监测物理治疗期间肌肉损伤的动态恢复过程。

该设备由16×16的阵列组成。每个元件由1-3复合元件和由银环氧复合材料制成的衬底层组成，旨在吸收过度振动，拓宽带宽并提高轴向分辨率。

该技术必须通过超声波记录样品中散射粒子的运动，并基于归一化互相关算法计算其位移场。散射粒子的尺寸很小，导致反射信号较弱。捕捉如此微弱的信号需要极其灵敏的技术。

现有的制造方法涉及高温粘合，这会对压电材料中的环氧树脂造成严重的、不可逆的热损伤。因此，传感器元件的灵敏度显著降低。

“为了应对这些挑战，我们开发了一种低温键合方法，”Hongjie Hu说。“我们用导电环氧树脂代替了锡膏，这样可以在室温下完成粘合，而不会对元件造成任何损坏。此外，我们用相干平面波复合模式取代了单一平面波传输模式，提供了更多的能量来提升整个样品的信号强度。使用这些策略，我们提高了设备的灵敏度，使其在捕获来自散射粒子的微弱信号方面表现良好。”

“一层具有已知模量的弹性体，即所谓的校准层，可以安装在我们的设备上，以进一步获得组织模量的定量绝对值，”宾夕法尼亚大学博士后研究员、该研究的合著者Dawei Song说。“这种方法将使我们能够获得有关组织机械特性的更完整信息，从而进一步提高超声波设备的诊断能力。”

此外，可以采用先进的光刻、拾取和切割技术来进一步优化阵列的设计和制造，从而减小间距和扩大孔径，从而实现更高的空间分辨率和更宽的超声窗口。

信息源于：medicalxpress

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