麻省理工学院的研究人员发明了一种可穿戴的超声波贴片，它可以对内脏器官进行无创成像，最初主要针对膀胱健康。这种设备不需要超声波操作员或凝胶的介入，有望彻底改变对各种器官功能的监测和疾病检测，并用于早期诊断身体深部的癌症。

在一项新的研究中，研究人员表明，他们的贴片可以准确地对膀胱进行成像，并确定膀胱的充盈程度。研究人员说，这可以帮助膀胱或肾脏疾病患者更轻松地追踪这些器官是否正常运作。

通过改变超声阵列的位置和调整信号的频率，这种方法还可用于监测体内的其他器官。这种设备有可能更早地检测到在身体深处形成的癌症，如卵巢癌。

"这项技术用途广泛，不仅可用于膀胱，还可用于身体的任何深层组织。"麻省理工学院媒体实验室副教授、该研究的资深作者卡南-达格德维仁（Canan Dagdeviren）说："这是一个新颖的平台，可以对我们体内携带的许多疾病进行识别和表征。"

麻省理工学院研究科学家张林、麻省理工学院电子工程与计算机科学研究生科林-马库斯和西安理工大学教授林大斌是描述这项工作的论文的主要作者，该论文最近发表在《自然-电子学》上。

达格德维仁的实验室专门从事柔性可穿戴电子设备的设计，最近开发出一种超声波监测器，可以安装在胸罩中，用于筛查乳腺癌。在新的研究中，研究小组采用类似的方法开发了一种可穿戴的贴片，它可以贴在皮肤上，拍摄体内器官的超声波图像。

在首次演示中，研究人员决定把重点放在膀胱上，部分灵感来自达格德维仁的弟弟，他几年前被诊断出患有肾癌。在通过手术切除了一个肾脏后，他的膀胱很难完全排空。Dagdeviren 想知道，能显示膀胱充盈程度的超声波监测器是否能帮助类似她弟弟这样的病人，或者其他类型的膀胱或肾脏问题患者。

一种可穿戴的超声波监视器可以对膀胱进行成像，并确定膀胱的充盈程度。麻省理工学院开发的这款设备可以帮助膀胱或肾脏疾病患者更轻松地追踪这些器官是否正常运作。图片来源：研究人员提供

她说："数百万人正遭受着膀胱功能障碍和相关疾病的折磨，膀胱容量监测是评估肾脏健康状况的一种有效方法，这并不奇怪。"

目前，测量膀胱容量的唯一方法是使用传统、笨重的超声波探头，这需要去医疗机构。Dagdeviren 和她的同事们希望开发一种可穿戴的替代方法，让患者可以在家里使用。

为此，他们制作了一种硅橡胶制成的柔性贴片，内嵌五个超声阵列，这些阵列由研究人员为该设备开发的新型压电材料制成。这些阵列的位置呈十字形，这使得贴片能对整个膀胱进行成像，膀胱充盈时约为 12×8 厘米。

构成贴片的聚合物具有天然粘性，能轻柔地粘附在皮肤上，因此很容易贴上和取下。贴在皮肤上后，内衣或紧身裤可以帮助将其固定到位。

研究人员与马萨诸塞州总医院超声研究与转化中心和放射科的合作者共同进行了一项研究，结果表明这种新型贴片可以捕捉到与传统超声探头相当的图像，这些图像可用于跟踪膀胱容量的变化。

在这项研究中，研究人员招募了20名不同体重指数的患者。受试者首先在膀胱充盈的情况下进行成像，然后在膀胱部分排空的情况下进行成像，最后在膀胱完全排空的情况下进行成像。新贴片获得的图像质量与传统超声波图像相似，而且超声波阵列对所有受试者都有效，与身体质量指数无关。

使用这种贴片不需要超声凝胶，也不需要像使用普通超声探头那样施加压力，因为它的视野足够大，可以覆盖整个膀胱。

为了看到图像，研究人员将他们的超声阵列与医疗成像中心使用的同类超声波机连接起来。不过，麻省理工学院团队目前正在研制一种便携式设备，大小与智能手机差不多，可以用来查看图像。

"在这项工作中，我们进一步开发出了一条将可适配超声波生物传感器应用于临床的途径，这种传感器能提供有关重要生理参数的宝贵信息。我们小组希望在此基础上开发出一套设备，最终弥补临床医生和患者之间的信息鸿沟，"MGH 超声波研究与转化中心主任、MGH 放射科影像科学副主任 Anthony E. Samir 说，他也是这项研究的作者之一。

麻省理工学院团队还希望开发出能用于对体内其他器官（如胰腺、肝脏或卵巢）成像的超声设备。根据每个器官的位置和深度，研究人员需要改变超声波信号的频率，这就需要设计新的压电材料。对于其中一些位于人体深部的器官，该装置可能更适合作为植入物，而不是可穿戴的贴片。

达格德维仁说："无论我们需要可视化什么器官，我们都要回到第一步，选择合适的材料，设计出合适的装置，然后制造出相应的一切，然后再测试装置并进行临床试验。"

麻省理工学院工程学院院长、电气工程与计算机科学范内瓦尔-布什（Vannevar Bush）教授兼本文作者阿南塔-钱德拉卡桑（Anantha Chandrakasan）说："这项工作可能会发展成为超声波研究的核心重点领域，为未来的医疗设备设计提供新的思路，并为材料科学家、电气工程师和生物医学研究人员之间开展更多富有成效的合作奠定基础。"

编译来源：ScitechDaily