中國學(xué)者研發(fā)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(fèi)用貴、致殘致死率高，已被公認(rèn)為是嚴(yán)重的公共衛(wèi)生問題。我國心血管疾病患者已經(jīng)超過3.3 億，并且有逐年上升趨勢。心功能連續(xù)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(jià)值。然而，傳統(tǒng)的非侵入性心功能成像方法由于設(shè)備體積大，無法提供連續(xù)的測量，更不能對正在運(yùn)動(dòng)的人進(jìn)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(fā)展日新月異，很多國內(nèi)外課題組在做各種類型的可穿戴設(shè)備。但實(shí)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(hào)及能量會(huì)發(fā)生嚴(yán)重衰減。這導(dǎo)致大多數(shù)可穿戴電子設(shè)備只能探測和采集皮膚的淺表信號(hào)，而對電生理、電化學(xué)、血流動(dòng)力學(xué)、熱學(xué)和力學(xué)信號(hào)等與疾病具有更強(qiáng)相關(guān)性的深層組織信號(hào)卻很難探測到。

近日，美國加州大學(xué)圣地亞哥分校（UCSD）徐升教授團(tuán)隊(duì)在《自然》期刊上發(fā)表了論文，該團(tuán)隊(duì)研發(fā)了一種可穿戴超聲貼片，即使在佩戴者移動(dòng)時(shí)也能對心臟進(jìn)行連續(xù)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(dòng)影響很小。

該研究主要分為3 個(gè)階段。

第一階段，實(shí)現(xiàn)可穿戴超聲成像。該論文第一作者胡鴻杰說：“B 超成像是醫(yī)學(xué)領(lǐng)域非?；?，但非常重要的一種技術(shù)?！币虼?，該團(tuán)隊(duì)在很早之前就設(shè)立了實(shí)現(xiàn)可穿戴超聲成像的科研目標(biāo)。之后，他們通過加工工藝、設(shè)計(jì)、電極材料等系列創(chuàng)新，逐步實(shí)現(xiàn)了高質(zhì)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(yīng)用場景——心臟超聲成像。胡鴻杰表示，心臟疾病具有突發(fā)性，因此需要長期監(jiān)測才能實(shí)時(shí)捕捉到患者的發(fā)病情況。通過該設(shè)備，可持續(xù)地提取患者在運(yùn)動(dòng)及非運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)的重要心臟狀態(tài)信息，改變了傳統(tǒng)B 超無法實(shí)現(xiàn)在不穩(wěn)定狀態(tài)對心臟長期進(jìn)行動(dòng)態(tài)成像的狀況。

第三階段，該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種算法，以促進(jìn)連續(xù)的、由人工智能輔助的自動(dòng)處理分析。具體來講，該設(shè)備可從連續(xù)的圖像記錄中自動(dòng)提取左心室容量，生成關(guān)鍵心臟性能指標(biāo)的波形，如沖程容量、心排血量和射血分?jǐn)?shù)。這改變了以往應(yīng)用中只能檢測到一兩個(gè)周期參數(shù)的不確定性，幫助醫(yī)生解決了煩瑣的手動(dòng)結(jié)果的過程，從而實(shí)現(xiàn)更容易、更準(zhǔn)確地解讀數(shù)據(jù)信息。

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

可穿戴式超聲成像貼的免提連續(xù)操作為提高診斷的準(zhǔn)確性和病人的體驗(yàn)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(shù)還可以推廣到其他深層組織的成像，例如下腔靜脈、腹主動(dòng)脈、脊柱和肝臟等。并且，該設(shè)備還可應(yīng)用于一些疾病的輔助治療、輔助手術(shù)。