把B超探头做成贴纸贴在身上，48小时不间断成像，MIT新研究登上Science

机器之心报道

编辑：张倩、泽南

研究者希望，这种贴片有朝一日可以用来监测各种内部器官变化、肿瘤的进展以及子宫内胎儿的发育。

超声波成像是一种安全、无创的身体检查方式，可以为临床医生提供患者内部器官的实时影像。为了捕捉这些影像，训练有素的技术人员需要操纵超声棒和探头，将声波引导到患者体内。然后，这些超声波反射回来，形成病人心脏、肺和其他深层器官的高分辨率图像。

目前，超声波成像依赖一些笨重的专业设备，一般只有医院才有这些设备。但 MIT 的一项研究成果有望打破这一局面，他们开发出了一种可穿戴的超声波贴片，有望让超声波成像技术变得像创可贴一样普及。

在 7 月 28 日发表在顶级科学期刊《Science》的一篇论文中，工程师们展示了他们的超声波成像贴片。

论文地址：https://www.science.org/doi/10.1126/science.abo2542

这种贴片大概只有邮票大小，但可以贴在皮肤上并连续 48 小时成像。

研究人员将这些贴片贴在志愿者身上，并向他们展示了这些设备产生的血管和心脏、肺、胃等深层器官的高分辨率实时图像。当志愿者进行各种活动（包括坐、站、慢跑和骑自行车）时，这些贴片保持了很强的粘附力，并捕捉到了器官的变化。

目前的设计要求把贴片连接到将反射声波转换成图像的仪器上。不过，研究人员指出，即使以目前的形式，这种贴片也可以立即应用，例如应用于医院的病人，类似于心脏监测心电图贴片。它可以针对内部器官连续成像，而不需要技术人员长时间将探头固定在原位。

研究小组目前正在研究这种贴片的无线版本，如果这个目标得以实现，超声波贴片就可以制成可穿戴的成像产品，患者可以从医院带回家，甚至可以在药店购买。

该研究的通讯作者、MIT 机械工程和土木与环境工程教授赵选贺（Xuanhe Zhao）表示：「我们的想法是：我们可以在身体的不同部位贴一些这样的贴片，这些贴片可以与手机进行通信，然后借助 AI 算法分析这些贴片产生的图像。」

这项研究的主要作者还有王冲和（Chonghe Wang）和 Xiaoyu Chen，以及共同作者 Liu Wang、Mitsutoshi Makihata、Tao Zhao 和 Hsiao-Chuan Liu。

为什么要做这样一个超声波成像贴片

要想用超声波成像，医生首先要在患者的皮肤上涂上液体凝胶，这样就可以传播超声波。然后将探头或换能器压在凝胶上，向体内发送声波，声波从体内结构反射回来，回到探头，在那里反射的信号被转换成视觉图像。

对于需要长时间成像的患者，一些医院提供了固定在机械臂上的探头，机械臂本身不会疲劳，但液体超声凝胶会随着时间的推移而流动并变干，从而中断成像。

近年来，研究人员一直在探索可伸缩超声探头的设计，这种探头可以针对内部器官提供便携、低质量的成像。他们用到了一种灵活的微型超声换能器阵列，其理念是这样的设备可以伸缩，而且契合患者的身体。

但这些实验设计产生的图像分辨率较低，部分原因在于它们的可伸缩性：在与身体一起移动时，传感器之间的相对位置会发生变化，从而导致图像失真。

「可穿戴超声成像工具在未来的临床诊断中具有巨大的潜力。然而，现有的超声贴片的分辨率和成像持续时间相对较低，而且它们不能对深层器官成像，」论文一作王冲和说。

这个贴片有什么用途

MIT 研究小组的新型超声波贴片将具有弹性的粘合剂层与刚性换能器阵列配对，可以在较长时间内产生更高分辨率的图像。「这种组合使得贴片能够贴合皮肤，同时保持传感器的相对位置，以产生更清晰、更精确的图像，」王冲和解释说。

贴片的粘合剂层是由两层薄弹性体中间包裹固体水凝胶（主要是水基材料，很容易传播声波）制成的。与传统的超声波凝胶不同，MIT 研究小组的水凝胶具有弹性和可伸缩性。

「这种弹性体可以防止水凝胶脱水，」MIT 博士后 Xiaoyu Chen 说，「只有当水凝胶高度含水时，声波才能有效穿透，并给出内部器官的高分辨率成像」。

底部的弹性体层被设计成粘附在皮肤上，而顶层粘附在一个刚性换能器阵列上，这些换能器也是该团队设计和制造的。整个超声波贴片直径约为 2 平方厘米，厚度约为 3 毫米，相当于一张邮票的面积。

研究人员在健康志愿者身上对这种超声波贴片进行了一系列测试。这些志愿者将贴片贴在身体的不同部位，包括脖子、胸部、腹部和手臂。这些贴片会附着在他们的皮肤上，并在长达 48 小时内产生身体内部结构的清晰图像。在这段时间里，志愿者们在实验室里进行了各种各样的活动，从坐下、站立到慢跑、骑自行车和举重。

从这些贴片的成像结果中，研究小组能够观察到坐着和站着时主要血管直径的变化。这些贴片还捕捉到了更深层次器官的细节，比如心脏在运动过程中如何改变形状。研究人员还能观察到志愿者在喝果汁时胃发生膨胀，然后排出果汁时又缩回去。当一些志愿者举重时，研究团队可以检测到内部肌肉的成像变得明亮，这表明他们的肌肉出现了暂时的微损伤。

「通过成像技术，我们或许可以捕捉到过度健身的瞬间，并在肌肉酸痛前让佩戴者停下来，」Chen 说，「我们不知道那一刻何时到来，但现在我们可以提供专家可以解释的成像数据。」

该团队正在努力使贴片具有无线功能，同时开发基于 AI 的软件算法，从而更好地解释和诊断贴片产生的图像。赵选贺设想的是，有朝一日人们可以买到这种贴片，然后用它去监测各种内部器官变化、肿瘤的进展以及子宫内胎儿的发育。