一张邮票大小的贴片，就能看到体内器官？MIT 新研究亮相 Science，在家也能做心电图了

1922 年，德国出现了首例超声波治疗的发明专利，往后，超声波治疗声名鹊起，逐步走向临床应用。短短的数十年间，为捍卫人类健康与推动科技进步立下汗马功劳。

在医学健康研究领域，超声成像是用于体内软组织无创可视化的最强大和最常见的医疗工具之一，临床医生利用它救死扶伤，通过实时监测病人内部器官的变化，以直观清晰的方式解读病理发展。

目前，实现超声成像需要笨重的专用设备，只有医院等医疗机构才能使用。但是，麻省理工学院的一项新设计可能会使超声成像技术像在药房购买创可贴一样可穿戴且易于使用。

麻省理工学院赵选贺教授课题组的这一研究发表在最新一期的 Science 杂志，题为 Bioadhesive ultrasound for long-term continuous imaging of diverse organs。

本研究中，科学家们展示了一款新颖独特的超声波贴片的设计——类似于邮票大小的装置，可以贴在皮肤上，并能连续 48 小时提供内部器官的超声波成像。

图 1：来源 Science

一、超声成像贴片：小巧玲珑，使用方便

与以往笨重且操作复杂的精密仪器相比，整个超声波贴片的大小约为 2 cm², 厚度约为 3 mm, 大小相当于一张邮票的面积，小巧玲珑，使用方便。

该贴片所使用的水凝胶-弹性体的混合体被研究者们命名为生物粘附超声（BAUS）耦合剂。水凝胶由壳聚糖-聚丙烯酰胺互穿聚合物网络 (10 wt %) 和水 (90 wt %) 组成，被聚氨酯薄弹性膜（厚度 < 40μm）包裹，以防止水凝胶脱水，进而实现与皮肤超过 48 小时的粘附和持续的透射。

与传统的可穿戴贴片相比，这款贴片克服弹性体和水凝胶耦合剂的缺点，集两者之优势，将软水凝胶封装在两层薄薄的弹性体膜中，并在其表层涂上生物粘附材料。

图片来源：参考资料 [2]，credit by Felice Frankel

同时，该研究利用薄而坚硬、高密度的超声探头（每平方厘米 400 个元件），实现了在动态身体运动下的稳定元件位置以及探头在长期应用中的高可靠性。

简而言之，两者双剑合璧，BAUS 耦合剂有效地传输声波，使 BAUS 探头免受皮肤变形的影响，并在 48 小时内保持在皮肤上的牢固的附着力，获取更清晰和更精确的图像。

值得一提的是，柔软而富有粘性的 BAUS 耦合剂不仅减轻了刚性换能器阵列的僵硬程度，而且使其佩戴更舒适，为患者提供良好的使用体验！

图 2：来源 Science

二、超声成像贴片：小巧的透视眼

麻雀虽小，五脏俱全，这款超声成像贴纸像一个小巧的透视眼，监控着人体内部器官变化的变化，为临床医生做出诊断提供第一手信息。

本研究在健康志愿者身体的不同部位贴上超声成像贴片，展示了超声成像贴片详细的工作过程，监测了 BAUS 成像平台对人体器官进行 48 小时连续成像的能力，包括血管和心脏、肌肉和隔膜、胃和肺。这些器官分别代表心血管系统、肌肉系统、消化系统和呼吸系统，组成了精密且平衡的生理防火墙，保卫人体正常机能的运转。

志愿者们在实验室内进行了各种各样的活动，从坐着、站着，到慢跑、骑自行车和举重。从这些贴片的超声成像图片中，研究者们观察到坐着和站着时主要血管直径的变化，如从坐姿或站姿到仰卧位，志愿者的颈静脉直径增加，成像结果进一步提供了劲动脉的 48 小时连续血流量和血压波形数据。

令人惊喜的是，这款超声贴片还能够捕捉到人体更深层次器官的具体细节。比如心脏在运动过程中如何改变形状，发现体育锻炼 0.5 小时后，左心室的大小大大增加，横膈膜运动在幅度和频率上更显著！当志愿者饮用 450 毫升果汁后，胃窦横截面积会逐渐减小。举重过后，利用超声成像技术可检测到肌肉具有暂时的微损伤。

图 3：来源 Science

三、超声成像贴片：光明的科技未来

毫无疑问，这款超声成像贴片克服了传统的可拉伸超声成像设备的局限性，如成像分辨率低、身体运动时图像质量不稳定、连续成像时间短及易发生设备故障，代表了可穿戴设备和医学成像的突破，为未来的生物集成设备开辟了新途径。

研究者称，他们正在努力使超声成像贴片具有无线功能，开发基于人工智能的软件算法，可以更好地助力解释和诊断贴纸的图像。

同时，这款超声贴片有望「飞入寻常百姓家」，破除技术壁垒，被患者和消费者包装和购买，用来监测体内的器官、肿瘤的进展和子宫内胎儿的发育，使人们足不出户即可享受到超声成像的科技福利。

科技发展日新月异，从上世纪初超声成像小荷初露尖尖角，到如今如火如荼。让我们拭目以待，期待超声成像成为人体千里眼，亲眼见证及助力人类医疗事业的蓬勃发展！