工程师们设计了一种粘贴贴片，可以产生身体的超声波图像。这种邮票大小的装置可以贴在皮肤上，可以连续48小时提供内部器官的超声成像。

目前，超声成像需要医院和医生办公室才能提供的笨重和专门的设备。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买创可贴一样可穿戴和容易使用。

在今天发表在《科学》杂志上的一篇论文中，工程师们展示了一种新的超声波贴纸的设计——一种邮票大小的装置，可以贴在皮肤上，并能提供内部器官48小时的连续超声波成像。

研究人员将这些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心脏、肺和胃等深层器官的高分辨率实时图像。当志愿者进行各种活动(包括坐着、站着、慢跑和骑自行车)时，这些贴纸保持了很强的粘附力，并捕捉到了潜在器官的变化。

目前的设计要求将贴纸连接到将反射声波转换成图像的仪器上。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病人，类似于心脏监测EKG贴纸，并且可以连续成像内部器官，而不需要技术人员长时间将探针固定在原位。

如果这种设备可以无线操作——这是该团队目前正在努力实现的目标——这种超声波贴纸就可以制成可穿戴的成像产品，病人可以从医生办公室带回家，甚至可以在药店购买。

该研究的高级作者、麻省理工学院机械工程和土木与环境工程教授赵宣和(音译)表示:“我们设想将一些补丁贴在身体的不同位置，这些补丁将与你的手机通信，人工智能算法将按需分析图像。”“我们相信，我们开启了一个可穿戴成像的新时代:只要在你身上的几个补丁，你就可以看到你的内部器官。”

这项研究的主要作者还有麻省理工学院的王崇和和陈晓宇，以及共同作者王柳、Makihata Mitsutoshi和赵涛，以及明尼苏达州罗切斯特市梅奥诊所的刘小川。

一个棘手问题

要用超声波成像，技术人员首先要在病人的皮肤上涂抹一种液体凝胶，这种凝胶可以传输超声波。然后将探针或换能器压在凝胶上，向体内发送声波，声波从体内结构反射回来，回到探针，在那里反射的信号被转换成视觉图像。

对于需要长时间成像的患者，一些医院提供了固定在机械臂上的探头，这种探头可以轻松地固定换能器，但液体超声凝胶会随着时间的推移而流动并变干，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，这种探头可以为内部器官提供便携、低轮廓的成像。这些设计提供了一种灵活的微型超声换能器阵列，其想法是这样的设备可以伸展并符合病人的身体。

但这些实验设计产生的图像分辨率较低，部分原因在于它们的拉伸:在与身体一起移动时，传感器之间的相对位置会发生变化，从而导致图像失真。

“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，它们不能对深层器官成像，”麻省理工学院研究生王崇和(音译)说。

一个内部看

麻省理工学院研究小组的新超声波贴纸通过将弹性胶粘剂层与刚性传感器阵列配对，在较长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，产生更清晰、更精确的图像。”王说。

该设备的粘合层由两层薄薄的弹性体制成，中间包裹着一层固体水凝胶，水凝胶主要是一种水基材料，很容易传播声波。与传统的超声波凝胶不同，MIT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的脱水，”麻省理工学院博士后陈说。“只有水凝胶高度水化，声波才能有效穿透，并给出内脏器官的高分辨率成像。”

底部的弹性体层被设计成粘附在皮肤上，而顶部层粘附在一个刚性传感器阵列上，该团队也设计和制造了传感器。整个超声波贴纸的直径约为2平方厘米，厚度约为3毫米——大约是一张邮票的面积。

据郑州试药了解，研究人员在健康志愿者身上对超声波贴纸进行了一系列测试，这些志愿者将贴纸贴在身体的不同部位，包括脖子、胸部、腹部和手臂。这些贴纸会附着在他们的皮肤上，并在长达48小时内产生底层结构的清晰图像。在这段时间里，志愿者们在实验室里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。

从这些贴纸的图片中，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，比如心脏在运动过程中如何改变形状。研究人员还能观察到志愿者的胃膨胀，然后在他们喝酒时收缩，然后把果汁排出体外。当一些志愿者举重时，研究团队可以检测到潜在肌肉的明亮模式，这表明有暂时的微损伤。

“有了成像技术，我们或许能够在过度使用前捕捉锻炼的瞬间，并在肌肉酸痛前停下来，”陈说。“我们还不知道那一刻可能是什么时候，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，赵设想超声贴纸可以被患者和消费者包装和购买，不仅可以用来监测各种内部器官，还可以用来监测肿瘤的进展，以及子宫内胎儿的发育。

“我们想象我们可以有一盒贴纸，每一个都设计成身体的不同位置，”赵说。“我们相信这代表了可穿戴设备和医学成像的突破。”

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