用于深层组织监测的变革性技术：可穿戴式超声贴片

加州大学圣地亚哥分校的一组工程师创造了一个可拉伸的超声波阵列，可以对人体皮肤表面以下4厘米深处的组织进行无创、串行的三维成像。这种创新方法拥有0.5毫米的空间分辨率，与目前的技术相比，它提供了一个更加扩展的非侵入性解决方案，并增强了足够的穿透深度。

这项研究来自加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院的纳米工程教授Sheng Xu的实验室，他也是这项研究的主要作者。该研究结果最近发表在《自然-生物医学工程》杂志上。

"我们发明了一种可穿戴设备，可以经常评估人体组织的硬度，"徐小组的博士后研究员和研究的共同作者胡宏杰说。"特别是，我们将一个超声元件阵列集成到一个柔软的弹性体基体中，并使用波浪形蛇形可拉伸电极连接这些元件，使该设备能够符合人体皮肤，以便对组织刚度进行连续评估。"

弹性成像监测系统可以为深层组织提供连续的、非侵入性的、三维的机械性能图。这有几个关键的应用：

在医学研究中，病理组织的序列数据可以提供关于疾病进展的关键信息，如癌症，它通常会导致细胞变硬。

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，以及一些化疗药物，可能会影响组织的硬度。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。

除了监测癌症组织外，这项技术还可以应用于其他情况：

监测肝脏纤维化和肝硬化。通过使用这项技术评估肝脏纤维化的严重程度，医疗专家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、网球肘和腕管综合症。通过监测组织僵硬度的变化，这项技术可以为这些疾病的进展提供宝贵的见解，使医生能够为他们的病人制定个性化的治疗计划。

心肌缺血的诊断和监测。通过监测动脉壁弹性，医生可以发现病情的早期迹象，并及时做出干预，防止进一步的损害。

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的局限性，如一次性检测，只能在医院内检测，需要工作人员操作。

"这使患者能够随时随地持续监测他们的健康状况，这可以帮助减少误诊和死亡，并通过提供一种非侵入性的、低成本的传统诊断程序的替代方案而大幅削减成本。这种新的可穿戴超声技术浪潮正在推动医疗监测领域的变革，改善病人的治疗效果，降低医疗成本，并促进护理点诊断的广泛采用，"一名访问学生和研究的共同作者马玉祥说。"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多的重大进展"。

该阵列与人体皮肤相吻合，并与之进行声学耦合，从而实现了与磁共振弹性成像技术相验证的精确弹性成像。

在测试中，该设备被用来绘制体内外组织杨氏模量的三维分布图，在酸痛发生之前检测志愿者肌肉的微观结构损伤，并在物理治疗期间监测肌肉损伤的动态恢复过程。

该装置由一个16乘16的阵列组成。每个元件由1-3个复合元件和一个由银-环氧树脂复合材料制成的背衬层组成，旨在吸收过度的振动，扩大带宽并提高轴向分辨率。