可穿戴超声技术线上股指配资
在现代医学影像技术快速演进的背景下，传统超声设备虽然在诊断与治疗方面发挥着重要作用，但依赖经验丰富的操作员、体积庞大、需手持操作等限制，难以实现实时、连续的深层组织监测与干预，尤其在术后管理、突发状况应对和慢病监控方面存在巨大挑战。近年来，可穿戴设备通过贴身传感器和执行器，可实现对身体信号的实时、连续追踪和干预，提升了早期诊断和治疗的效率。特别是深入组织的信号检测，如微针穿刺、电生理监测等，正在成为趋势，为疾病监测和管理提供更系统、精准的手段。研究人员致力于探索这类新型技术，让超声更智能、更贴近生活。
今日，美国加州大学圣地亚哥分校的徐升教授团队系统阐述了“可穿戴超声技术”的研究进展及未来方向。重点包括材料选择、机械结构设计、系统集成方式，以及一些典型的医疗应用案例。同时，作者还将探讨可穿戴超声在低资源地区推广的可行路径，并分析技术转化中面临的障碍。最后，从科研、工程和临床的角度出发，指出推动可穿戴超声技术迈向下一阶段发展的关键挑战。相关成果发表在《Nature Reviews Bioengineering》，第一作者为Sai Zhou, Geonho Park和Muyang Lin.为共同一作。
徐升 教授
徐升，2006年本科毕业于北京大学化学学院，2011年在佐治亚理工学院获得材料科学与工程专业博士学位，此后在伊利诺伊大学香槟分校从事博士后研究工作，2015年，徐升加入加州大学圣地亚哥分校（UCSD），现为加州大学圣地亚哥分校纳米工程副教授。他的研究工作集中在用于健康监测和人机界面的可穿戴柔性电子设备，曾获材料研究学会（Materials Research Society，MRS）“杰出青年科学家奖”、斯隆研究奖等多项荣誉。同时，他是一名典型的“斜杆青年”（斜杠青年指的是：拥有众多标签，需要斜杆‘/’符号隔开，多领域发展的人才、多面手）。2020年，徐升教授和时任 UCSD 微流医疗器械中心主管的相舒共同的成立公司，并取名为 “Softsonics”。
深度集成与柔性设计，驱动可穿戴超声设备突破成像与干预瓶颈
在器件设计方面，超声换能器作为核心部件，其材料选择决定了信号转换效率与成像质量。传统压电陶瓷如PZT因其高压电系数、良好电声耦合能力被广泛使用（图1b），而压电晶体如PIN–PMN–PT则凭借高耦合系数和极高的压电响应（图1c）表现出更优性能；柔性聚合物如PVDF因其低模量与良好成膜性（图1d）则更适合制备可穿戴设备。与此同时，微加工换能器（图1e）与电容型换能器（图1f）也为设备的小型化和阵列集成提供了新方案。
图1：可穿戴超声设备的传感器材料设计，声学堆栈和配置
刚性，灵活且可拉伸的可穿戴探针设计
为提升穿戴舒适性与贴合性，研究者开发了多种结构设计：刚性结构通过弹性硅胶实现柔性贴合（图2a,b）；柔性设计通过聚酰亚胺等高分子基底实现弯曲贴合（图2c）；而可拉伸结构则结合蛇形铜线路（图2d）、液态金属导体（图2e）与填充弹性体（图2f）等技术，兼顾导电性与机械韧性，为复杂动态区域（如关节）提供更高适配性。
图2：刚性，灵活且可拉伸的可穿戴超声设计
电路集成与信号处理
为了实现无束缚、高度集成的可穿戴操作，可穿戴超声设备正由传统有线电缆连接的后端系统向小型化、无线化演进（图3a）。为满足多通道换能器的控制需求，研究团队引入了多路复用器、集成ASIC芯片及无线通讯模块。不同应用场景下，单元、双元、多元阵列可实现从简单的A模距测量，到复杂的二维成像与三维体积重构等功能（图3c-e）。
在信号处理方面，A模信号可精准测距；M模适合动态追踪结构运动；而B模则借助波束成形与AI辅助算法重构高分辨率图像。此外，弹性成像与多普勒模式拓展了组织力学特性与血流信息的获取手段，使可穿戴超声从单一图像获取向多模态诊断拓展，极大提升诊断价值。
图3：设备集成
多场景适配，打造“全天候、全方位”医学监测与干预平台
在应用方面，研究者展示了可穿戴超声设备在心脑血管、肌骨系统、消化系统、生殖系统等多领域的巨大潜力。例如，结合B模与M模图像可实现对心脏结构与收缩功能的连续监控（图4c），尤其适合运动状态下的应激心功能评估；颈动脉及脑血流监测则借助相控阵与超快成像技术实现对血流动态与脑灌注状态的三维成像（图4a,b）；在肌肉功能评估方面，A模成像可捕捉肌肉维度变化，弹性成像与组织多普勒技术可辅助判断肌肉疲劳与恢复状态（图4j）。此外，乳腺可穿戴探头支持自我检查（图4h），膀胱容量检测（图4g）助力尿控管理，胃部容积与收缩监测（图4l）可用于消化疾病筛查，肝脏弹性成像（图4i）助力肝纤维化评估，肺部动态监测（图4d）及胎儿心率追踪（图4k）也在探索中实现新突破。
特别值得一提的是，多模态集成技术融合了超声、电化学、生物传感等多种传感机制，助力构建个性化健康画像（图4m,n）；如通过血压与乳酸的联合监测评估运动强度，结合肌电图与超声实现义肢控制，进一步拓展了设备在人体-机器交互领域的应用前景（图4e）。
除诊断外，穿戴式超声设备也展现出可控、连续、个性化的治疗功能。研究团队基于超声的机械与热效应，开发了多个治疗模块，包括神经调控（图4r）、局部药物导入（图4s）、伤口愈合加速（图4p）与骨折修复（图4o）等。
如通过连续低强度超声刺激迷走神经可实现抗炎、调控血压、改善情绪等作用；可穿戴超声面罩可提升护肤品渗透与吸收效率；低频超声治疗在慢性创伤管理中显著提升愈合速率；可拉伸超声贴片在骨折愈合过程中提升新骨生成与矿化水平，在非手术康复中具有广阔前景。与此同时，可穿戴设备还可提供非药物止痛方案（图4q），结合热扩血与组织松解机制，缓解肌肉紧张与慢性疼痛。
图4：可穿戴超声技术的应用
超声能量穿透生物体，驱动植入设备的“无线革命”
通过压电效应，可穿戴超声设备还能实现跨组织的能量与数据传输（图4t）。研究表明，外部换能器可将声波能量高效传输至植入设备，实现对起搏器、神经刺激器等微型植入器的无线供能与控制，解决传统方案电池寿命与体积问题。此外，利用超声的短波特性，植入器还可将生理信号调制成超声波回传至体表设备，实现实时通信。这一新兴模式有望在心律监测、脑神经接口、视网膜刺激等前沿领域打开新局面。
展望
尽管穿戴式超声技术在实验中表现亮眼，要真正实现临床广泛应用仍面临不少挑战，如缺乏大规模标准化临床研究、难以精准控制超声剂量及温升、数据隐私等问题。此外，还需应对复杂的监管审批流程、保险支付机制以及全球生产和商业推广的可行性。
不过，这项技术正在推动医疗从“医院-设备-医生”模式，走向“家庭-个人-智能”模式转变。它无需手动操作，可持续佩戴，支持远程监控和智能分析，尤其适用于慢病管理、突发病情预警和资源有限地区的医疗服务。未来，随着图像质量、功耗、舒适性等方面的不断提升，它有望与人工智能、柔性电子等前沿技术融合，共同开启一个“无感监测、自动干预、精准治疗”的智慧医疗新纪元。
来源：高分子科学前沿
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