The Innovation｜智慧医疗新突破：可穿戴柔性超声贴片

导 读

随着全球人口老龄化的加剧，对医疗设备依赖度较高的慢性病患者的就医问题越来越严峻，其中最主要的制约因素之一是目前医疗机构中的诊疗设备常常面临体积庞大、不便携、功能单一、操作繁琐等问题。近年来，可穿戴电子的迅猛发展为解决该问题提供了全新的方案，医用可穿戴设备已成为各国争相发展的领域。本文聚焦于可穿戴超声生物电子（wearable ultrasound bioelectronics, WUBEs），能够长期、连续、无创地监测心脏功能，其轻薄柔小的特点远优于传统的超声波诊疗手段，可有效改善慢性病人群的健康监测与疾病管理模式。近日，中国医学科学院阜外医院黄源医师与西安电子科技大学杭州研究院江山教授等人将柔性生物电子按照工作机理进行了分类，评述了WUBEs的最新成果，指出了WUBEs的发展方向。

图1 可穿戴超声生物电子实现重要生理信号的无创、实时、舒适的连续监测。发展方向包括小型化和无线化、智慧医疗、光声成像、AI诊断、先进材料等。

柔性生物电子分类

柔性生物电子根据工作机理可以分为柔性机械生物电子、柔性光学生物电子、柔性声学生物电子。生活中用于监测血压的手环通常使用的就是柔性机械生物电子，使用微型气泵和压力传感器模拟袖带式血压计的示波法，通过加压和减压感知脉搏波变化；用于血氧浓度监测的手环通常使用的是柔性光学生物电子，基于光学反射原理，依靠智能手表内置的SpO2传感器来进行实时监测；人工耳蜗、超声成像贴片等则是柔性声学生物电子的典型代表。其中柔性声学电子根据声波在体内不同组织或器官间的界面上反射、折射或散射导致的声波变化，可计算出血管、血流的相关信息。现有超声电子因具有便携、多功能、操作方便等优点，在血压监测、超声心动图测试等方面具有广泛的应用。但仍存在适形性差、运动伪影严重等问题。

可穿戴超声生物电子的最新成果

新兴的柔性超声生物电子具有非侵入性、低功耗、小型化、高穿透深度和高空间分辨率的优点，应用前景广阔。目前最具代表性的应用成果来自麻省理工学院赵选贺教授于2022年6月提出的生物粘附超声贴片(Science, 2022, 377(6605): 517-523)及加州大学圣地亚哥分校徐升教授于2023年1月提出的可拉伸超声贴片(Nature, 2023, 613(7945): 667 - 675)。这两项工作分别展示了WUBEs的两种不同发展路径，前一种通过水凝胶制成的耦合剂将硬质传感探头粘附于皮肤，在器件性能方面更胜一筹；后一种采用本征可拉伸材料制备传感探头，具有更好的穿戴舒适性，这两种发展路径各具优势。

可穿戴超声生物电子的发展方向

目前，WUBEs的应用将具备以下特点，发展趋势主要包括以下几个方向（图1）：1）小型化和无线化，进一步提升佩戴舒适性；2）智慧医疗，引入临床需求提升实用性；3）光声成像，通过互补互验扩大应用范围；4）AI诊断，依靠机器学习大幅提高诊断效率；5）先进材料，实现力学性能和成像功能的双重突破。WUBEs发展迅猛，但目前的大部分研究均处于概念验证阶段，对实际诊疗环境的影响考虑不足，但我们相信在不远的未来，在工程、科学和医学等不同领域工作者的共同努力下，WUBEs一定会大放异彩。

责任编辑

孟 夏    复旦大学

陈 婵    四川大学华西医院