麻省理工学院的研究人员设计了一种可穿戴的贴片式超声监测器，可以在不需要超声操作员或应用凝胶的情况下对体内器官进行成像。

在一项新的研究中，研究人员表明，他们的贴片可以准确地成像膀胱，并确定它有多满。研究人员说，这可以帮助患有膀胱或肾脏疾病的患者更容易地跟踪这些器官是否正常工作。

通过改变超声波阵列的位置和调整信号的频率，这种方法也可以用于监测体内的其他器官。这样的设备有可能使早期检测到形成于身体深处的癌症，比如卵巢癌。

“这项技术用途广泛，不仅可以用于膀胱，还可以用于身体的任何深层组织。这是一个新颖的平台，可以识别和表征我们体内携带的许多疾病，”麻省理工学院媒体实验室副教授、该研究的资深作者Canan Dagdeviren说。

麻省理工学院Lin Zhang，麻省理工学院电子工程和计算机科学研究生Colin Marcus和西安理工大学教授Dabin Lin是这一论文的主要作者，该论文今天发表在《自然电子》杂志上。

可穿戴监测

Canan Dagdeviren实验室专门设计灵活、可穿戴的电子设备，最近开发了一种超声波监测器，可以装在胸罩里，用于筛查乳腺癌。在这项新研究中，研究小组采用类似的方法开发了一种可穿戴贴片，这种贴片可以附着在皮肤上，并对体内器官进行超声成像。

在他们的第一次演示中，研究人员决定把重点放在膀胱上，部分灵感来自Dagdeviren的弟弟，他几年前被诊断出患有肾癌。手术切除了一个肾脏后，他很难完全排空膀胱。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像她哥哥这样的病人，或者有其他类型膀胱或肾脏问题的人。

她说:“数以百万计的人患有膀胱功能障碍和相关疾病，毫不奇怪，膀胱容量监测是评估肾脏健康和健康的有效方法。”

目前，测量膀胱体积的唯一方法是使用传统的、笨重的超声波探头，这需要去医疗机构。达德维伦和她的同事想开发一种可穿戴的替代品，病人可以在家里使用。

为了实现这一目标，他们创造了一个由硅橡胶制成的柔性贴片，嵌入了五个由研究人员为该设备开发的新型压电材料制成的超声波阵列。这些阵列被定位成一个十字形，这使得贴片可以对整个膀胱进行成像，膀胱在充满时大约是12乘8厘米。

构成贴片的聚合物具有天然的粘性，可以轻轻附着在皮肤上，使其易于附着和分离。一旦放在皮肤上，内衣或打底裤可以帮助固定它。

膀胱体积

在与马萨诸塞总医院超声研究与翻译中心和放射科的合作者进行的一项研究中，研究人员表明，这种新的贴片可以捕获与传统超声探头相当的图像，这些图像可以用来跟踪膀胱体积的变化。

在这项研究中，研究人员招募了20名具有一系列体重指数的患者。受试者首先在膀胱满的情况下拍照，然后是膀胱部分空的情况，然后是膀胱完全空的情况。从新贴片获得的图像在质量上与传统超声图像相似，超声波阵列对所有受试者都有效，无论他们的体重指数如何。

使用这种贴片，不需要超声波凝胶，也不需要像常规超声波探头那样施加压力，因为视野足够大，可以覆盖整个膀胱。

为了看到这些图像，研究人员将他们的超声波阵列连接到医学成像中心使用的同一种超声波机器上。然而，麻省理工学院的研究小组现在正在研究一种便携式设备，大约智能手机大小，可以用来查看图像。

“在这项工作中，我们进一步开发了一种用于临床翻译的超声生物传感器，可以产生有关重要生理参数的有价值信息。我们的团队希望在此基础上开发一套设备，最终弥合临床医生和患者之间的信息鸿沟，”MGH超声研究和翻译中心主任、MGH放射学成像科学副主席Anthony E. Samir说，他也是这项研究的作者之一。

麻省理工学院的研究小组还希望开发出超声波设备，用于对人体其他器官(如胰腺、肝脏或卵巢)进行成像。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。对于其中一些位于身体深处的器官，该设备作为植入物而不是可穿戴贴片可能效果更好。

“对于我们需要可视化的任何器官，我们回到第一步，选择正确的材料，提出正确的设备设计，然后相应地制造一切，”在测试设备和进行临床试验之前，Dagdeviren说。

麻省理工学院工程学院院长、Vannevar Bush电气工程和计算机科学教授Anantha Chandrakasan是该论文的作者之一，他说:“这项工作可以发展成为超声研究的核心领域，激发未来医疗设备设计的新方法，并为材料科学家、电气工程师和生物医学研究人员之间更富有成效的合作奠定基础。”