撰文丨王聰

編輯丨王多魚

排版丨水成文

心臟功能連續(xù)成像，對(duì)于長(zhǎng)期心血管健康評(píng)估、急性心功能不全檢測(cè)以及危重患者或外科患者的臨床管理非常有價(jià)值。 然而，傳統(tǒng)的非侵入性心臟功能成像方法，例如超聲心動(dòng)圖，需要訓(xùn)練有素的技術(shù)人員和笨重的設(shè)備進(jìn)行，而且無(wú)法提供連續(xù)測(cè)量。而現(xiàn)有的可穿戴心臟檢測(cè)設(shè)備只能捕獲來(lái)自皮膚的信號(hào)。

2023年1月25日，加州大學(xué)圣地亞哥分校 徐升 團(tuán)隊(duì) （第一作者為胡鴻杰博士） 在 Nature 期刊發(fā)表了題為： A wearable cardiac ultrasound imager 的研究論文。

研究團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款 可穿戴超聲貼片設(shè)備 ，能夠在多種環(huán)境下對(duì)心臟進(jìn)行連續(xù)、實(shí)時(shí)和直接的動(dòng)態(tài)監(jiān)測(cè)，并大大提高了準(zhǔn)確性。

這種便攜式設(shè)備 僅郵票般大小，可以24小時(shí)佩戴，即使在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)也能正常工作 。研究團(tuán)隊(duì)還開發(fā)了一個(gè)人工智能算法，從連續(xù)監(jiān)測(cè)模型中自動(dòng)提取左心室容積，生成關(guān)鍵心臟功能指標(biāo)。

研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)技術(shù)的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了心臟成像，它還可以推廣到其他深層組織的成像，例如下腔靜脈、腹主動(dòng)脈、脊柱和肝臟等等。

徐升

徐升 ，2006年本科畢業(yè)于北京大學(xué)化學(xué)學(xué)院，2011年在佐治亞理工學(xué)院獲得材料科學(xué)與工程專業(yè)博士學(xué)位，此后在伊利諾伊大學(xué)香檳分校從事博士后研究工作，2015年，徐升加入加州大學(xué)圣地亞哥分校 （UCSD） ，現(xiàn)為加州大學(xué)圣地亞哥分校納米工程副教授。

徐升實(shí)驗(yàn)室涉及多個(gè)研究方向，包括可穿戴電子設(shè)備、細(xì)胞接口和功能性材料，總的來(lái)說(shuō)，就是通過制造新材料和制造技術(shù)來(lái)開發(fā)用于解決生物醫(yī)學(xué)問題的柔性電子設(shè)備。

徐升實(shí)驗(yàn)室研究方向

在這項(xiàng)最新研究中，徐升團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一款可穿戴超聲貼片設(shè)備，這種便攜式設(shè)備尺寸為1.9厘米×2.2厘米×0.09厘米，僅 郵票般大小，由壓電換能器陣列、液態(tài)金屬?gòu)?fù)合電極和三嵌段共聚物封裝而成。整個(gè)設(shè)備柔軟且具有彈性，即使在運(yùn)動(dòng)過程中也能很好地貼合人體皮膚。

徐升 教授 表示， 現(xiàn)在對(duì)心臟進(jìn)行超聲波檢查的超聲心動(dòng)圖，需要有專業(yè)人員借助笨重的專業(yè)設(shè)備才能完成，而這項(xiàng)研究能夠讓任何人都是隨時(shí)隨地使用超聲波進(jìn)行心臟功能監(jiān)測(cè)。

心臟成像是評(píng)估心臟長(zhǎng)期健康、發(fā)現(xiàn)問題和護(hù)理危重患者的重要臨床工具?；谘芯繄F(tuán)隊(duì)此前開發(fā)的深層組織可穿戴成像技術(shù)，結(jié)合設(shè)備設(shè)計(jì)和材料制造上的創(chuàng)新，以及定制的人工智能算法，這款新型可穿戴、非侵入性心臟超聲監(jiān)測(cè)設(shè)備可以實(shí)時(shí)、自動(dòng)監(jiān)測(cè)難以捕捉的心臟泵血情況，即使在劇烈運(yùn)動(dòng)時(shí)也可以正常工作。而心臟供血不足是大多數(shù)心血管疾病的根源，這些心臟功能問題通常只在運(yùn)動(dòng)時(shí)才表現(xiàn)出來(lái)。

在運(yùn)動(dòng)中監(jiān)測(cè)心臟功能

該設(shè)備使用超聲波連續(xù)捕捉心臟四個(gè)腔室不同角度的圖像，并使用定制的人工智能算法實(shí)時(shí)分析圖像的臨床相關(guān)子集，包括分析心臟的 每搏輸出量 （心臟每次搏動(dòng)泵出的血液量） 、射血分?jǐn)?shù) （每次搏動(dòng)從心臟左心室泵出的血液百分比） 和心輸出量 （心臟左心室或右心室每分鐘泵出的血液量） 。

徐升 教授表示， 這款設(shè)備能夠?yàn)榛颊吆歪t(yī)生提供更全面的細(xì)節(jié)，持續(xù)和實(shí)時(shí)的心臟圖像監(jiān)測(cè)，將從根本上優(yōu)化和重塑心臟診斷的范式。

基于人工智能算法自動(dòng)處理監(jiān)測(cè)圖像

相比之下，現(xiàn)有的非侵入性監(jiān)測(cè)方法取樣能力有限，提供的數(shù)據(jù)也有限。而這款可穿戴、非侵入性心臟超聲監(jiān)測(cè)設(shè)備，能夠?qū)崿F(xiàn)安全、無(wú)創(chuàng)和高質(zhì)量的心臟成像，產(chǎn)生具有高空間分辨率、時(shí)間分辨率和高對(duì)比度的圖像。而且該設(shè)備尺寸小巧，能夠最大限度地減少患者的不適感，可以貼在胸前皮膚上，幾乎不會(huì)限制患者的運(yùn)動(dòng)，甚至可以紀(jì)錄運(yùn)動(dòng)前、運(yùn)動(dòng)中和運(yùn)動(dòng)后的心臟活動(dòng)。該設(shè)備還克服了CT和PET等非侵入性技術(shù)的一些局限性 （這些技術(shù)需要將患者暴露在輻射中） 。

論文第一作者胡宏杰博士

最后，研究團(tuán)隊(duì)表示，這項(xiàng)技術(shù)的意義遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了心臟成像，因?yàn)樗€可以推廣到其他深層組織的成像，例如下腔靜脈、腹主動(dòng)脈、脊柱和肝臟等等。

早在2018年，徐升團(tuán)隊(duì)就在 Nature Biomedical Engineering 期刊發(fā)表論文 【2】 ，開發(fā)了一款柔性貼片設(shè)備，該設(shè)備可以通過超聲波脈沖實(shí)時(shí)、持續(xù)測(cè)量血壓。

基于這項(xiàng)研究成果，徐升和工程師相舒聯(lián)合創(chuàng)立一家名為 Softsonics 的公司，該公司正在開發(fā)可以貼在頸動(dòng)脈或頸靜脈上方皮膚上的貼片設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)血壓。這篇發(fā)表在 Nature 的研究成果，也將繼續(xù)在 Softsonics 公司進(jìn)行商業(yè)化開發(fā)。

2022年7月，麻省理工學(xué)院趙選賀教授團(tuán)隊(duì)在 Science 期刊發(fā)表了一篇題為：Bioadhesive ultrasound for long-term continuous imaging of diverse organs 的研究論文【3】。

該研究展示了一款新穎獨(dú)特的超聲波貼片設(shè)備，這款郵票般大小的設(shè)備可以貼在皮膚上，并能連續(xù)48小時(shí)提供體內(nèi)器官的超聲波成像。

值得一提的是，徐升團(tuán)隊(duì)2018年的這篇 Nature Biomedical Engineering 論文和趙選賀團(tuán)隊(duì)2022年的這篇 Science 論文的第一作者是同一個(gè)人——王沖和。

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網(wǎng)址: Nature：徐升團(tuán)隊(duì)開發(fā)可穿戴設(shè)備，僅郵票大小，貼在胸前即可實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)心臟，應(yīng)用前景巨大 http://m.u1s5d6.cn/newsview743824.html