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Nature：徐升團隊開發可穿戴設備，僅郵票大小，貼在胸前即可實時監測心臟，應用前景巨大

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生物世界 ? 2023-01-28 14:00:44 　來源：生物世界　E8596G0

作者|王聰來源|生物世界(ID：ibioworld)

心臟功能連續成像，對于長期心血管健康評估、急性心功能不全檢測以及危重患者或外科患者的臨床管理非常有價值。然而，傳統的非侵入性心臟功能成像方法，例如超聲心動圖，需要訓練有素的技術人員和笨重的設備進行，而且無法提供連續測量。而現有的可穿戴心臟檢測設備只能捕獲來自皮膚的信號。

2023年1月25日，加州大學圣地亞哥分校徐升團隊（第一作者為胡鴻杰博士）在 Nature 期刊發表了題為：A wearable cardiac ultrasound imager 的研究論文。

研究團隊開發了一款可穿戴超聲貼片設備，能夠在多種環境下對心臟進行連續、實時和直接的動態監測，并大大提高了準確性。

這種便攜式設備僅郵票般大小，可以24小時佩戴，即使在劇烈運動時也能正常工作。研究團隊還開發了一個人工智能算法，從連續監測模型中自動提取左心室容積，生成關鍵心臟功能指標。

研究團隊表示，這項技術的意義遠遠超出了心臟成像，它還可以推廣到其他深層組織的成像，例如下腔靜脈、腹主動脈、脊柱和肝臟等等。

徐升

徐升，2006年本科畢業于北京大學化學學院，2011年在佐治亞理工學院獲得材料科學與工程專業博士學位，此后在伊利諾伊大學香檳分校從事博士后研究工作，2015年，徐升加入加州大學圣地亞哥分校（UCSD），現為加州大學圣地亞哥分校納米工程副教授。

徐升實驗室涉及多個研究方向，包括可穿戴電子設備、細胞接口和功能性材料，總的來說，就是通過制造新材料和制造技術來開發用于解決生物醫學問題的柔性電子設備。

徐升實驗室研究方向

在這項最新研究中，徐升團隊開發了一款可穿戴超聲貼片設備，這種便攜式設備尺寸為1.9厘米×2.2厘米×0.09厘米，僅郵票般大小，由壓電換能器陣列、液態金屬復合電極和三嵌段共聚物封裝而成。整個設備柔軟且具有彈性，即使在運動過程中也能很好地貼合人體皮膚。

徐升教授表示，現在對心臟進行超聲波檢查的超聲心動圖，需要有專業人員借助笨重的專業設備才能完成，而這項研究能夠讓任何人都是隨時隨地使用超聲波進行心臟功能監測。

心臟成像是評估心臟長期健康、發現問題和護理危重患者的重要臨床工具。基于研究團隊此前開發的深層組織可穿戴成像技術，結合設備設計和材料制造上的創新，以及定制的人工智能算法，這款新型可穿戴、非侵入性心臟超聲監測設備可以實時、自動監測難以捕捉的心臟泵血情況，即使在劇烈運動時也可以正常工作。而心臟供血不足是大多數心血管疾病的根源，這些心臟功能問題通常只在運動時才表現出來。

在運動中監測心臟功能

該設備使用超聲波連續捕捉心臟四個腔室不同角度的圖像，并使用定制的人工智能算法實時分析圖像的臨床相關子集，包括分析心臟的每搏輸出量（心臟每次搏動泵出的血液量）、射血分數（每次搏動從心臟左心室泵出的血液百分比）和心輸出量（心臟左心室或右心室每分鐘泵出的血液量）。

徐升教授表示，這款設備能夠為患者和醫生提供更全面的細節，持續和實時的心臟圖像監測，將從根本上優化和重塑心臟診斷的范式。

基于人工智能算法自動處理監測圖像

相比之下，現有的非侵入性監測方法取樣能力有限，提供的數據也有限。而這款可穿戴、非侵入性心臟超聲監測設備，能夠實現安全、無創和高質量的心臟成像，產生具有高空間分辨率、時間分辨率和高對比度的圖像。而且該設備尺寸小巧，能夠最大限度地減少患者的不適感，可以貼在胸前皮膚上，幾乎不會限制患者的運動，甚至可以紀錄運動前、運動中和運動后的心臟活動。該設備還克服了CT和PET等非侵入性技術的一些局限性（這些技術需要將患者暴露在輻射中）。