研究人员制造了第一款无线可穿戴超声设备，可以在患者自由移动时对皮肤深处的组织进行成像。该系统可以让医生在佩戴者进行日常活动时实时监测血压、心脏健康和肺活量，包括在锻炼或其他体力活动期间。

“临床医生想知道这些参数是如何变化的，比如说，随着运动的变化，他们现在做不到，”加州大学圣地亚哥分校神经工程学博士研究生Muyang Lin说。“这种系统一直是许多制造超声波探头的公司的梦想。但这是此类系统的首次展示。”

信用卡大小的超声波贴片可以监测皮下 16 厘米深处组织的信号。一次充电可连续测量血压、心输出量、呼吸健康和其他生理信号长达 12 小时。

“我们的目标不是实现非常深的成像。我们对运动感应更感兴趣，因为这是可穿戴系统持续监测的优势。”

——林牧阳，加州大学圣地亚哥分校

传统超声成像的工作原理是从组织反射高频声波并分析超声探头接收到的回波以重建图像。虽然它比 MRI 等其他成像技术更安全、更便宜，但传统超声波依赖于笨重的设备和熟练的技术人员来操作探头。“超声探头的操作在收集清晰图像和可靠信息方面起着关键作用，”Lin 说。“所以超声波现在总是需要手动操作。”

这也意味着无法连续收集图像。例如，为了监测心脏健康，在剧烈运动前后进行超声成像。但这错过了心脏在运动过程中泵血时的重要信息。

一些研究小组正在研究可穿戴超声系统。但迄今为止报道的所有以前的设备都与其他硬件相连，并连接到外部电源和数据收集设备，加州大学圣地亚哥分校神经工程学教授、该团队在《自然生物技术》上发表的一篇论文的合著者 Sheng Xu说。Xu 的小组报告了——和IEEE几个月前，Spectrum曾报道过这样一款可穿戴心脏成像仪。

新系统是第一个完全集成的系统。它由一个可伸缩的超声波探头组成，该探头由 32 通道压电换能器阵列组成——将电信号转换为声波，反之亦然——向身体发送和接收超声波信号。

该探头通过可拉伸的蛇形铜线连接到柔性控制电路。控制电路驱动换能器产生超声波脉冲并接收回波。回声信号被放大并发送到微控制器单元，微控制器单元将它们转换为数字信号，Wi-Fi 发射器将其发送到计算机或智能手机。商用锂聚合物电池为电路供电。

该系统的大脑由团队开发的机器学习算法组成，用于分析来自超声波贴片的信号。通过测量颈动脉和颈静脉的搏动，系统可以计算出佩戴者的心率和血压。它还可以测量心肌的收缩以估计心脏泵出的血液量，并监测隔膜的运动以计算呼吸输出量。

即使参与者在户外骑自行车 30 分钟并进行剧烈的高强度间歇训练，该设备也能够持续监测这些信号。当贴片相对于下面的组织移动时，算法会实时选择最佳通道，Lin 解释说，在佩戴者的运动过程中不断产生数据。“只要 32 个频道中的一个正在接收，算法就会实时决定哪个频道提供最好的信号。”

研究人员说，传统的超声波有它的一席之地，而且这种可穿戴设备不会很快取代它。信号质量受到限制，系统可以窥视身体的距离也受到限制。但是，Lin 说，能够连续 12 小时监测移动患者的生命信号具有“很大的临床价值”。“我们的目标不是实现非常深的成像。我们对运动感应更感兴趣，因为这是可穿戴系统进行连续监测的优势。我们希望通过无线系统实现在体监控，这样人们就可以在监控这些信号的同时去任何地方做任何事情。”