最近，麻省理工学院（MIT）和南加州大学（USC）的科学家取得了重大突破，他们开发了一种可以贴在**上的小型超声波贴片，以监测身体深处器官的硬度，以便及早发现疾病的迹象，例如肝肾衰竭或实体瘤的进展。 该技术被称为可穿戴生物粘附超声弹性成像（BAUS-E），只有邮票大小，包含一排薄薄的换能器，这些换能器通过**将声波传输到体内，并且波通过内脏反射回传感器。 反射波的模式可以解释为器官僵硬的标志，该贴片可以测量和跟踪这种僵硬。
在发表在《科学进展》杂志上的一项研究中，该团队展示了BAUS-E贴片能够连续监测器官僵硬长达48小时，并检测可以预测疾病发展的细微变化。 在初步实验中，研究人员发现，这种粘性传感器能够检测到大鼠诱导的急性肝衰竭的早期迹象。
麻省理工学院机械工程教授、资深作者赵宣河博士说：“当一些器官生病时，它们可能会随着时间的推移而变硬。 有了这个可穿戴贴片，我们可以持续监测僵硬的变化，这对于内脏器官衰竭的早期诊断至关重要。 ”
该研究的第一作者、南加州大学助理教授刘晓川博士在研究时是麻省理工学院的访问科学家，他补充说：“我们设想，在肝脏或肾脏移植后，我们可以将这个贴片贴在患者身上，并观察器官的硬度在几天内的变化。 如果有任何急性肝衰竭的早期诊断，医生可以立即采取行动，而不是等待病情变得严重。 ”
目前，工程师们正在努力调整设计以适应人类使用。 他们设想该贴片可以应用于重症监护室，其低调传感器可以在器官移植后持续监测患者。 在**中，Zhao，Liu等人得出结论：“BAUS-E具有临床应用潜力，特别是在器官移植或重症监护病房术后护理后......”
就像我们的肌肉一样，随着年龄的增长，我们体内的组织和器官会变得更加僵硬。 在某些疾病中，器官变得更加坚硬，可能表明潜在的健康状况下降。 临床医生目前可以使用超声切向波弹性成像 （SWE） 等技术来测量器官僵硬度，这是一种类似于超声成像的快速且无创的技术。 现有的超声弹性成像探头通过测量切向波或器官响应声波脉冲的振动来测量器官的刚度。 切向波在器官中传播得越快，器官就越难被解释为（类似于水球和足球的**）。
这种技术通常用于重症监护病房，以监测刚刚接受器官移植手术的患者。 技术人员通过在**上操作手持式探头或探头来做到这一点。 探头通过身体发出声波，使内脏器官轻微振动并将声波送回。 探头感应器官引起的振动，振动的模式可以转换为器官的振荡或刚度。
技术人员定期使用这种技术来快速探测新器官并寻找硬化症和潜在的急性衰竭或排斥反应的迹象。 研究人员指出：“先前的研究已经报告了使用常规超声SWE测量的肝脏硬度的可靠生物标志物，与健康对照组相比，急性肝衰竭危重患者显着增加。 然而，他们继续说，“传统超声弹性成像的固有局限性在于，它需要临床医生手持超声探头进行检查，并且不可能在快速变化的疾病过程中持续监测器官僵硬的变化。据我们所知，目前还没有超声弹性成像技术能够在短短几个小时内连续测量内脏器官的硬度。 ”
该研究的合著者、南加州大学教授周启发博士补充说：“器官移植后的前72小时在重症监护室至关重要。 使用传统的超声波，探头被放置在身体上。 但是你不能长时间这样做。 医生可能会错过一个关键时刻，直到器官衰竭，并意识到为时已晚。 ”
研究人员意识到，他们可能能够提供一种更连续的可穿戴替代品。 这项新技术是他们之前开发的用于深层组织和器官成像的超声贴片的延伸。 “我们的成像贴片捕获纵波，这次我们想捕获剪切波，这将告诉你器官的硬度，”赵解释道。
该团队致力于将超声弹性成像缩小到邮票大小的贴片。 它们还旨在保持与商用手持式探头相同的灵敏度，商用手持式探头通常包含约128个压电换能器，每个压电探头将输入电场转换为输出声波。
为了创建BAUS-E技术，研究人员精确地制造了128个微换能器，并将它们集成到一个25毫米见方的芯片上。 “薄换能器阵列可以产生声辐射作为激发源，产生用于弹性成像测量的横波，”他们指出。 芯片的底部覆盖着由水和聚合物混合物制成的水凝胶粘合剂，允许声波在设备之间传播，几乎没有损失。 “我们使用先进的制造技术从高质量的压电材料中切割出小型换能器，这使我们能够设计小型化的超声波贴片，”周博士说。 ”
在一项初步实验中，研究小组在大鼠身上测试了这种能感知硬度的贴片。 他们发现，这些贴片能够在48小时内连续测量肝脏硬度。 “BAUS-E用于连续监测大鼠急性肝衰竭期间肝脏硬度的变化，监测间隔为6小时，总共48小时，”他们写道。 从从贴片收集的数据中，研究人员观察到大鼠在急性肝衰竭进展的不同阶段出现僵硬变化的明显和早期迹象，后来被组织样本证实。 “我们证明，可穿戴BAUS-E能够提供随时间连续测量的活模量，并且可以有效地区分与正常肝脏相比，急性肝衰竭进展不同阶段肝脏硬度的变化。 预计这将有助于急性肝衰竭的早期阶段**和评估重症监护病房肝移植后的移植物状态。 ”
刘小川指出：“一旦肝衰竭，器官的僵硬度就会增加数倍。 赵补充说：“你可以从一个健康的肝脏像一个煮熟的鸡蛋一样摇晃，到一个更像煮熟的鸡蛋的患病肝脏。 这个贴片能够捕捉到身体深处的这些差异，并在器官衰竭发生时发出警报。 ”
研究人员正在与临床医生合作，使贴片适应重症监护病房器官移植后的患者。 在这种情况下，他们预计贴片的当前设计不会有太大变化，因为它可以附着在患者的**上，并且它发出和接收的任何声波都可以通过连接到贴片的电子设备进行传输和收集，类似于医生办公室的电极和心电图机。
研究人员还希望将补丁设计为更便携的自封闭版本，所有包含的电子设备和处理器都小型化，以适应稍大的补丁。 “在不久的将来，我们计划将外部电源和数据处理集成到芯片中，以便为临床应用制造便携式格式的全能BAUSE-E，”他们说。 研究人员还设想，患者可以在家中佩戴这些贴片，以持续监测实体瘤的进展等情况，众所周知，随着疾病的恶化，实体瘤会变得更加困难。
我们相信这是一个挽救生命的技术平台，“赵说。 “在未来，我们认为人们可以在身体上贴上几个贴片来测量许多重要信号，以及图像和跟踪身体主要器官的健康状况。 ”
正如作者在**中总结的那样：“BAUS-E在扩大超声可穿戴设备的实际应用方面具有巨大的潜力，例如在重症监护病房接受器官移植的患者，癌症研究以及临床环境中的急性失代偿性心力衰竭。”
参考资料：可穿戴生物粘附超声剪切和弹性成像
编辑：王宏.
排版：李丽。