加州大学圣地亚哥分校的研究人员开发了一种柔软而有弹性的超声波贴片，可以戴在皮肤上，监测人体内深达14厘米的血管中的血流。这种灵活的贴片可以戴在脖子或胸部，可以帮助医生监测和诊断各种情况，包括可能导致梗死的阻塞。
相关的防汗智能皮肤具有可靠的生命体征，可用于跟踪皮肤癌和其他疾病
了解血液流经患者血管的速度和数量非常重要，因为它可以帮助临床医生诊断各种心血管疾病，包括血栓;心脏瓣膜问题;四肢循环不良;或者动脉堵塞可能导致中风或心脏病发作，Liezel Labios报道在加州大学圣地亚哥新闻。
这种新型的超声贴片可以持续监测血流，以及血压和心脏功能的实时情况。佩戴这种设备可以更容易地在早期发现心血管问题。
由加州大学圣地亚哥雅各布斯工程学院纳米工程教授徐胜领导的团队在7月16日发表在《自然-生物医学工程》上的一篇论文中报道了这种补丁。
徐说:“这种可穿戴设备可以让你从皮肤表面更全面、更准确地了解深层组织和心脏、大脑等关键器官的情况。”
“对于可穿戴电子设备来说，在这样的深度感知信号是非常具有挑战性的。然而，这是身体最关键的信号和中心器官被埋藏的地方，”王崇河说，他是许的实验室前纳米工程研究生，也是该研究的共同第一作者。“我们设计了一种可穿戴设备，它可以穿透如此深的组织深处，并感知皮肤以下的重要信号。这项技术可以为医疗保健领域提供新的见解。”
这种贴片的另一个创新特点是，超声波束可以以不同的角度倾斜，并引导到贴片下方以外的身体区域。
徐解释说，这在可穿戴设备领域尚属首次，因为现有的可穿戴传感器通常只监测它们正下方的区域。“如果你想在不同的位置感知信号，你必须将传感器移动到那个位置。有了这个补丁，我们可以探测比设备占地面积更宽的区域。这可以带来很多机会。”
它是如何工作的
这种贴片由一层柔韧的、可拉伸的聚合物薄片组成，附着在皮肤上。镶嵌在贴片上的是一组毫米大小的超声波换能器。每一个都由一台计算机单独控制，这种类型的阵列被称为超声相控阵。它是这项技术的关键部分，因为它使补丁能够钻得更深更宽。
相控阵提供两种主要的操作模式。在一种模式下，所有的换能器都可以同步传输超声波，产生高强度的超声束，聚焦在身体深处14厘米的一个点上。在另一种模式下，可通过编程使换能器不同步传输，从而产生可转向不同角度的超声波束。
“通过相控阵技术，我们可以以我们想要的方式操纵超声束，”加州大学圣地亚哥分校的纳米工程博士生林慕阳(Muyang Lin)说，他也是这项研究的共同第一作者。“这使我们的设备具有多种功能:以高分辨率监测中心器官和血液流动。只用一个传感器是不可能做到的。”
相控阵由一个12 × 12网格的超声换能器组成。当电流流过换能器时，它们会振动并发出超声波，穿过皮肤并深入人体。当超声波穿透主要血管时，它们会遇到内部流动的红细胞的运动。这种运动改变或改变了超声波反射回斑块的方式——这种效应被称为多普勒频移。这种反射信号的变化会被贴片接收，并被用来创建血流的视觉记录。同样的机制也可以用来创造心脏壁的移动图像。
一个潜在的临床游戏规则改变者
对很多人来说，血液流量并不是定期去看医生时测量的。通常是在患者出现一些心血管问题的迹象或患者处于高危状态后进行评估。
标准的血流检查本身既耗时又费力。训练有素的技术人员将手持超声探头压在患者的皮肤上，从一个区域移动到另一个区域，直到它直接位于主要血管的上方。这听起来可能很简单，但测试和技术人员之间的结果可能不同。
加州大学圣地亚哥分校(UC San Diego)材料科学与工程博士生、该研究的合著者周赛(Sai Zhou)说，由于这种贴片使用简单，它可以解决这些问题。
在测试中，这种贴片的效果和临床使用的商用超声探头一样好。它准确地记录了颈动脉等主要血管的血流情况，颈动脉是颈部向大脑供血的动脉。
研究人员指出，这种贴片在投入临床前还有很长的路要走。
