新的超声贴片可以测量膀胱的充盈程度

麻省理工学院的研究人员设计了一种可穿戴的超声监测仪，采用贴片的形式，可以对体内的器官进行成像，而无需超声操作员或凝胶的应用。

在一项新的研究中，研究人员表明，他们的贴片可以准确地对膀胱进行成像并确定膀胱的填充程度。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跟踪这些器官是否正常运作。

这种方法也可以通过改变超声阵列的位置和调谐信号频率来监测体内的其他器官。这些设备有可能更早地发现在身体深处形成的癌症，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。

麻省理工学院研究科学家张林;麻省理工学院电气工程和计算机科学研究生科林·马库斯（Colin Marcus）;西安理工大学教授林大斌是一篇描述这项工作的论文的主要作者，该论文今天发表在 《自然电子》杂志上。

可穿戴设备监控

Dagdeviren的实验室专门设计柔性可穿戴电子设备，最近开发了一种超声波监测仪，可以集成到胸罩中并用于筛查乳腺癌。在这项新研究中，研究小组使用类似的方法开发了一种可穿戴贴片，该贴片可以粘附在皮肤上并拍摄位于体内器官的超声图像。

在他们的第一次演示中，研究人员决定将重点放在膀胱上，部分灵感来自Dagdeviren的弟弟，他几年前被诊断出患有肾癌。在手术切除他的一个肾脏后，他难以完全排空膀胱。Dagdeviren想知道，显示膀胱充盈程度的超声波监测仪是否可以帮助与她哥哥相似的患者，或患有其他类型膀胱或肾脏问题的人。

“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状况的有效方法，”她说。

目前，测量膀胱容积的唯一方法是使用传统的、笨重的超声探头，这需要去医疗机构。Dagdeviren和她的同事们希望开发一种可穿戴的替代品，让患者可以在家中使用。

为了实现这一目标，他们创造了一种由硅橡胶制成的柔性贴片，嵌入了五个超声波阵列，该阵列由研究人员为该设备开发的新型压电材料制成。这些阵列以十字形放置，这使得贴片可以对整个膀胱进行成像，膀胱充满时约为 12 x 8 厘米。

构成贴片的聚合物具有天然粘性，可轻柔地粘附在皮肤上，使其易于附着和拆卸。一旦放在皮肤上，内衣或紧身裤可以帮助将其固定到位。

膀胱容积

在与马萨诸塞州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，新贴片可以捕获与传统超声探头拍摄的图像相当的图像，这些图像可用于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。首先对受试者进行膀胱充盈成像，然后是部分空的膀胱，然后是完全空的膀胱。从新贴片获得的图像质量与传统超声波相似，并且超声阵列适用于所有受试者，无论他们的体重指数如何。

使用这种贴片，不需要超声凝胶，也不需要像普通超声探头那样施加压力，因为视野足够大，可以覆盖整个膀胱。

为了查看这些图像，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相同类型的超声波机器上。然而，麻省理工学院的团队现在正在研究一种便携式设备，大约是智能手机的大小，可以用来查看图像。

“在这项工作中，我们进一步开发了一条通往适应超声生物传感器临床转化的途径，该传感器可产生有关重要生理参数的宝贵信息。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超声研究与翻译中心主任兼MGH放射学成像科学副主席Anthony E. Samir说，他也是该研究的作者。

麻省理工学院的团队还希望开发可用于对体内其他器官（如胰腺、肝脏或卵巢）进行成像的超声设备。根据每个器官的位置和深度，研究人员需要改变超声信号的频率，这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，该设备可能更适合作为植入物而不是可穿戴贴片。

“对于我们需要可视化的任何器官，我们都会回到第一步，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 说：“这项工作可以发展成为超声研究的中心重点领域，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。 也是该论文的作者。

该研究由美国国家科学基金会CAREER奖，3M非终身教职员工奖，Sagol Weizmann-MIT Bridge计划，Texas Instruments Inc.，麻省理工学院媒体实验室联盟，美国国家科学基金会研究生研究奖学金和ARRS学者奖资助。