工程师们开发出可以看到人体内部的贴纸

目前，超声成像需要笨重而专门的设备，只有医院和医生的办公室才有。但麻省理工学院工程师的一项新设计可能会使这项技术像在药店购买创可贴一样可穿戴和容易获得。

在一篇论文中科学在美国，工程师们展示了一种新型超声波贴纸的设计——一种邮票大小的设备，可以贴在皮肤上，可以连续48小时提供内部器官的超声成像。

研究人员将贴纸贴在志愿者身上，并向他们展示了这些设备产生的主要血管和深层器官(如心脏、肺和胃)的实时高分辨率图像。这些贴纸保持了很强的粘附性，并在志愿者进行各种活动(包括坐着、站着、慢跑和骑自行车)时捕捉到底层器官的变化。

目前的设计需要将贴纸连接到将反射声波转化为图像的仪器上。研究人员指出，即使以目前的形式，这种贴纸也可以立即应用:例如，这种设备可以应用于医院的患者，类似于心脏监测心电图贴纸，并且可以连续地对内部器官进行成像，而不需要技术人员长时间保持探针在原位。

如果这些设备可以实现无线操作——这是该团队目前正在努力实现的目标——超声波贴纸可以制成可穿戴成像产品，患者可以从医生办公室带回家，甚至可以在药店购买。

该研究的资深作者、麻省理工学院机械工程和土木与环境工程教授赵宣和说:“我们设想在身体的不同位置粘贴几个补丁，这些补丁将与你的手机通信，人工智能算法将根据需要分析图像。”“我们相信，我们开启了可穿戴成像的新时代:只要在身体上贴片，你就能看到自己的内部器官。”

这项研究的主要作者还包括王崇和和陈晓宇，以及麻省理工学院的王刘、Mitsutoshi Makihata和赵涛，以及明尼苏达州罗切斯特市梅奥诊所的刘孝川。

棘手的问题

为了用超声波成像，技术人员首先将一种液体凝胶涂抹在患者的皮肤上，它的作用是传输超声波。然后，一个探头或换能器被压在凝胶上，将声波送入身体，在内部结构上回声，然后返回探头，在那里回声信号被转换成视觉图像。

对于需要长时间成像的患者，一些医院会提供固定在机械臂上的探头，可以将换能器固定在适当的位置而不会感到疲劳，但液体超声凝胶会随着时间的推移流失并变干，从而中断长期成像。

近年来，研究人员已经探索了可拉伸超声探头的设计，可以提供便携式的、低轮廓的内部器官成像。这些设计提供了一个灵活的微型超声波换能器阵列，其想法是这样的设备可以拉伸并与患者的身体保持一致。

但这些实验设计产生了低分辨率的图像，部分原因是它们的拉伸:在随着身体移动时，传感器会相互改变相对位置，从而扭曲最终的图像。

“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，它们不能成像深层器官，”麻省理工学院研究生王崇和说。

内部观察

麻省理工学院团队的新型超声波贴纸通过将弹性粘合剂层与刚性换能器阵列配对，在更长的时间内产生更高分辨率的图像。“这种组合使设备能够符合皮肤，同时保持传感器的相对位置，以生成更清晰、更精确的图像。”王说。

该设备的粘合层由两层薄弹性体制成，中间包裹着一层固体水凝胶，这是一种主要是水基的材料，很容易传播声波。与传统的超声波凝胶不同，麻省理工学院团队的水凝胶具有弹性和弹性。

“这种弹性体可以防止水凝胶脱水，”麻省理工学院博士后陈说。“只有当水凝胶高度水化时，声波才能有效穿透，并对内脏器官进行高分辨率成像。”

底部的弹性体层被设计成粘附在皮肤上，而顶部的弹性体层则粘附在该团队设计和制造的刚性传感器阵列上。整个超声波贴纸大约2平方厘米宽，3毫米厚，大约是一张邮票的面积。

研究人员对健康的志愿者进行了一系列测试，他们将超声波贴纸贴在身体的不同部位，包括颈部、胸部、腹部和手臂上。这些贴纸贴在他们的皮肤上，并在长达48小时的时间里产生底层结构的清晰图像。在此期间，志愿者们在实验室里进行了各种各样的活动，从坐着和站着，到慢跑、骑自行车和举重。

从贴纸的图像中，研究小组能够观察到坐着和站着时主要血管直径的变化。这些贴纸还捕捉到了更深层次器官的细节，比如心脏在运动时如何改变形状。研究人员还能观察到志愿者们的胃先是膨胀，然后收缩，然后再把果汁排出体外。当一些志愿者举重时，研究小组可以检测到下层肌肉的明亮图案，这表明暂时的微损伤。

Chen说:“有了成像技术，我们或许可以在过度使用之前捕捉到锻炼的瞬间，并在肌肉酸痛之前停止。”“我们还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纸具有无线功能。他们还在开发基于人工智能的软件算法，可以更好地解释和诊断贴纸的图像。然后，赵教授设想超声波贴纸可以被病人和消费者包装和购买，不仅用于监测各种内部器官，还用于监测肿瘤的进展，以及胎儿在子宫内的发育。

“我们设想我们可以有一盒贴纸，每个贴纸都设计成身体不同位置的图像，”赵说。“我们相信这代表了可穿戴设备和医学成像领域的一个突破。”

这项研究部分由麻省理工学院、国防高级研究计划局、国家科学基金会、国立卫生研究院和美国陆军研究办公室通过麻省理工学院士兵纳米技术研究所资助。

相关视频:https://youtu.be/Kn2J8W4csNc