上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬瑞金醫(yī)院

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可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)！醫(yī)學(xué)故事.紅藍(lán)融合???中華醫(yī)學(xué)會(huì)理事神經(jīng)外科教授??什么是可穿戴超聲WearableUltrasound技術(shù)：??可穿戴超聲技術(shù)是一種融合了柔性和可拉伸超聲換能器、便攜數(shù)據(jù)采集、無(wú)線通信和人工智能（AI）技術(shù)的創(chuàng)新醫(yī)療技術(shù)，通過(guò)在人體表面貼合的設(shè)備實(shí)時(shí)獲取和分析生理數(shù)據(jù)，提供持續(xù)健康監(jiān)測(cè)、成像、治療和藥物遞送等功能，從而顯著改善醫(yī)療保健質(zhì)量和效率。其核心在于由銀納米線（AgNWs）和復(fù)合彈性基底制成的柔性超聲換能器，能夠在保持高成像質(zhì)量的同時(shí)適應(yīng)人體復(fù)雜曲面。生物粘附和聲學(xué)友好界面確保了超聲源與皮膚間的有效耦合，便攜數(shù)據(jù)采集和無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，AI技術(shù)在圖像處理和數(shù)據(jù)分析中提高成像精度，提供詳細(xì)的生理和病理信息。應(yīng)用方面，包括肩部雙向剪切波彈性成像（DDSWE）和連續(xù)膀胱容積監(jiān)測(cè)在內(nèi)的設(shè)備，已被用于健康監(jiān)測(cè)、康復(fù)治療等領(lǐng)域。然而，技術(shù)實(shí)現(xiàn)面臨諸多挑戰(zhàn)，如柔性材料和制造工藝的研發(fā)、長(zhǎng)期聲暴露的生物效應(yīng)和皮膚健康問(wèn)題，以及數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的高能效要求?？傊?，可穿戴超聲技術(shù)代表了醫(yī)療技術(shù)的前沿，通過(guò)多種先進(jìn)技術(shù)的整合，實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室到臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，展示了廣闊的發(fā)展前景。???可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?關(guān)于柔性超聲技術(shù)的綜合圖：展示了柔性超聲換能器、便攜數(shù)據(jù)采集、無(wú)線通信和人工智能集成的各個(gè)方面。圖中包含以下內(nèi)容：設(shè)備在人體上的應(yīng)用：標(biāo)注了持續(xù)健康監(jiān)測(cè)、成像、治療和藥物遞送功能。核心組件：展示了銀納米線（AgNWs）和復(fù)合彈性基底的換能器、生物粘附界面和便攜電子設(shè)備。技術(shù)挑戰(zhàn)：包括材料耐久性、長(zhǎng)期暴露的生物效應(yīng)和高效數(shù)據(jù)處理。??可穿戴超聲設(shè)備因其能夠提供持續(xù)健康監(jiān)測(cè)、恢復(fù)或替代受損的身體或器官功能，甚至在某些情況下提供超人能力的潛力，而備受關(guān)注。近年來(lái)，軟物質(zhì)、納米技術(shù)、集成電路、便攜電源技術(shù)和人工智能（AI）的進(jìn)步，為可穿戴超聲研究注入了前所未有的動(dòng)力，使其在連續(xù)健康監(jiān)測(cè)、成像、治療、藥物遞送等應(yīng)用中展現(xiàn)出越來(lái)越重要的角色。???可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?可穿戴超聲系統(tǒng)涉及不同的換能器配置，如可變形陣列、多元件貼片和單元件探頭；生物信號(hào)，如多普勒頻譜、心臟收縮和肌肉收縮；以及應(yīng)用，如應(yīng)激超聲心動(dòng)圖、連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)、假肢控制和肌肉功能監(jiān)測(cè)。??主要技術(shù)進(jìn)展?可穿戴超聲技術(shù)的研究進(jìn)展主要集中在柔性和可拉伸超聲換能器、生物粘附和聲學(xué)友好界面、便攜超聲數(shù)據(jù)采集和無(wú)線通信、AI驅(qū)動(dòng)的成像和控制等方面。其他創(chuàng)新包括更多的可穿戴主動(dòng)材料和結(jié)構(gòu)、新型換能器、高效的數(shù)據(jù)采集和傳輸、輕量化電子設(shè)備以及智能圖像重建。以下是文章中詳細(xì)介紹的一些關(guān)鍵領(lǐng)域和研究進(jìn)展。???可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?A.新興的可穿戴超聲技術(shù)?Huang等人提供了關(guān)于可穿戴超聲設(shè)備材料、制造工藝、波束形成和應(yīng)用的綜述，特別是總結(jié)了包括主動(dòng)材料、匹配和背襯材料、可拉伸電極在內(nèi)的換能器材料及其相關(guān)的制造技術(shù)。波束形成策略，特別是基于AI的解決方案，被強(qiáng)調(diào)為解決柔性和可拉伸陣列中未知陣列元件位置引起的波束形成誤差的有效方法。這篇綜述還強(qiáng)調(diào)了可穿戴超聲在連續(xù)健康監(jiān)測(cè)、治療和人機(jī)接口等方面的最新應(yīng)用，并提出了該領(lǐng)域未來(lái)的挑戰(zhàn)和前景。???可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?B.可穿戴超聲神經(jīng)調(diào)制?神經(jīng)調(diào)制被認(rèn)為是可穿戴超聲技術(shù)的重要應(yīng)用之一，特別是迷走神經(jīng)調(diào)制技術(shù)，有望治療癲癇、抑郁癥和自身免疫疾病。VanDamme等人報(bào)道了一種由三個(gè)8.4MHz壓電換能器組成的袖帶狀設(shè)計(jì)，展示了實(shí)現(xiàn)可穿戴迷走神經(jīng)刺激技術(shù)的新途徑。Hacker等人開(kāi)發(fā)了一種可穿戴超聲耳迷走神經(jīng)刺激器，設(shè)計(jì)成耳機(jī)形式，通過(guò)8MHz超聲換能器刺激耳部的迷走神經(jīng)，報(bào)告了聲輸出及其安全性因素如溫升和聲強(qiáng)度。???可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?C.可穿戴超聲成像?可穿戴超聲成像及其相關(guān)的連續(xù)健康監(jiān)測(cè)是可穿戴超聲技術(shù)的高度預(yù)期進(jìn)展之一。Chen等人提出了一種肩部雙向剪切波彈性成像技術(shù)，使用定制的T形超聲換能器陣列，能夠動(dòng)態(tài)量化肩部肌肉的機(jī)械性能，這些信息可能幫助外科醫(yī)生和物理治療師未來(lái)調(diào)整康復(fù)強(qiáng)度。Lee等人展示了一種結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可穿戴膀胱容積監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確且連續(xù)的膀胱容積監(jiān)測(cè)。???可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?D.可穿戴超聲創(chuàng)新器械?柔性和可拉伸超聲換能器是大多數(shù)可穿戴超聲技術(shù)的關(guān)鍵組件。Xue等人全面回顧了用于可穿戴超聲成像、傳感和治療的柔性超聲換能器，包括先進(jìn)材料、換能器設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，并討論了未來(lái)研究的技術(shù)障礙和挑戰(zhàn)。Chen等人報(bào)道了一種皮膚貼合的柔性和可拉伸超聲換能器，展示了其在大曲率表面上的適應(yīng)性和優(yōu)越的成像質(zhì)量，使用銀納米線與復(fù)合彈性基底，確保了電氣和機(jī)械連接的穩(wěn)固性。??????可穿戴超聲設(shè)備可能會(huì)在家庭環(huán)境中使用，因此需要特殊的設(shè)計(jì)考慮。Barbarevech等人提出了一種整體方法，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)緊湊、電池供電的完全可穿戴超聲設(shè)備，用于家庭護(hù)理應(yīng)用中的慢性傷口治療。Vostrikov等人提出了一種超低功耗的可穿戴超聲設(shè)備，用于手勢(shì)識(shí)別，通過(guò)分析超聲回波數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了96%的準(zhǔn)確率，展示了可穿戴超聲設(shè)備在預(yù)測(cè)連續(xù)手部動(dòng)作方面的潛力。???可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?結(jié)論?本綜述展示了可穿戴超聲領(lǐng)域的高度動(dòng)態(tài)性和創(chuàng)新性，柔性超聲設(shè)備創(chuàng)新、新興的可穿戴超聲應(yīng)用以及安全性和臨床實(shí)施的潛力，將為這一領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的進(jìn)展。這些進(jìn)展將確保這種高效多功能技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到床邊的轉(zhuǎn)化，以及在家庭醫(yī)療和其他靜止環(huán)境中的應(yīng)用。??最后慣例一張AI圖：??可穿戴超聲未來(lái)應(yīng)用方向-從血管成像到神經(jīng)調(diào)控再到運(yùn)動(dòng)監(jiān)測(cè)?參考文獻(xiàn)?1.H.Huang,R.S.Wu,M.Lin,andS.Xu,“Emergingwearableultrasoundtechnology,”IEEETrans.Ultrason.,Ferroelectr.,Freq.Control,vol.71,no.7,pp.713–729,Jul.2024,doi:10.1109/TUFFC.2023.3327143.??2.P.Songetal.,“Clinical,safety,andengineeringperspectivesonwearableultrasoundtechnology:Areview,”IEEETrans.Ultrason.,Ferroelectr.,Freq.Control,vol.71,no.7,pp.730–744,Jul.2024,doi:10.1109/TUFFC.2023.3342150.??3.C.vanDamme,G.K.Wardhana,A.I.Velea,V.Giagka,andT.L.Costa,“Feasibilitystudyforahigh-frequencyflexibleultrasoniccuffforhigh-precisionvagusnerveultrasoundneuromodulation,”IEEETrans.Ultrason.,Ferroelectr.,Freq.Control,vol.71,no.7,pp.745–756,Jul.2024,doi:10.1109/TUFFC.2024.3381923.??4.J.T.Hacker,A.R.Slegaitis,andS.W.Stephenson,“Developmentofawearableultrasonicauricularvagusnervestimulator,”IEEETrans.Ultrason.,Ferroelectr.,Freq.Control,vol.71,no.7,pp.757–762,Jul.2024,doi:10.1109/TUFFC.2023.3343915.??5.H.-J.Chen,H.-C.Chuang,G.-X.Xu,C.Chen,W.-R.Su,andC.-C.Huang,“Wearableultrasoundimagingdevicefordynamicdualdirectionshearwaveelastographyofshouldermuscle,”IEEETrans.Ultrason.,Ferroelectr.,Freq.Control,vol.71,no.7,pp.763–774,Jul.2024,doi:10.1109/TUFFC.2023.3348472.???
深度綜述 | 可穿戴超聲Wearable Ultrasound未來(lái)應(yīng)用方向 - 從血管成像到神經(jīng)調(diào)控什么是可穿戴超聲WearableUltrasound技術(shù)：????可穿戴超聲技術(shù)是一種融合了柔性和可拉伸超聲換能器、便攜數(shù)據(jù)采集、無(wú)線通信和人工智能（AI）技術(shù)的創(chuàng)新醫(yī)療技術(shù)，通過(guò)在人體表面貼合的設(shè)備實(shí)時(shí)獲取和分析生理數(shù)據(jù)，提供持續(xù)健康監(jiān)測(cè)、成像、治療和藥物遞送等功能，從而顯著改善醫(yī)療保健質(zhì)量和效率。其核心在于由銀納米線（AgNWs）和復(fù)合彈性基底制成的柔性超聲換能器，能夠在保持高成像質(zhì)量的同時(shí)適應(yīng)人體復(fù)雜曲面。生物粘附和聲學(xué)友好界面確保了超聲源與皮膚間的有效耦合，便攜數(shù)據(jù)采集和無(wú)線通信技術(shù)實(shí)現(xiàn)了實(shí)時(shí)數(shù)據(jù)傳輸，AI技術(shù)在圖像處理和數(shù)據(jù)分析中提高成像精度，提供詳細(xì)的生理和病理信息。應(yīng)用方面，包括肩部雙向剪切波彈性成像（DDSWE）和連續(xù)膀胱容積監(jiān)測(cè)在內(nèi)的設(shè)備，已被用于健康監(jiān)測(cè)、康復(fù)治療等領(lǐng)域。然而，技術(shù)實(shí)現(xiàn)面臨諸多挑戰(zhàn)，如柔性材料和制造工藝的研發(fā)、長(zhǎng)期聲暴露的生物效應(yīng)和皮膚健康問(wèn)題，以及數(shù)據(jù)采集、傳輸和處理的高能效要求?？傊?，可穿戴超聲技術(shù)代表了醫(yī)療技術(shù)的前沿，通過(guò)多種先進(jìn)技術(shù)的整合，實(shí)現(xiàn)了從實(shí)驗(yàn)室到臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化，展示了廣闊的發(fā)展前景。關(guān)于柔性超聲技術(shù)的綜合圖：展示了柔性超聲換能器、便攜數(shù)據(jù)采集、無(wú)線通信和人工智能集成的各個(gè)方面。圖中包含以下內(nèi)容：設(shè)備在人體上的應(yīng)用：標(biāo)注了持續(xù)健康監(jiān)測(cè)、成像、治療和藥物遞送功能。核心組件：展示了銀納米線（AgNWs）和復(fù)合彈性基底的換能器、生物粘附界面和便攜電子設(shè)備。技術(shù)挑戰(zhàn)：包括材料耐久性、長(zhǎng)期暴露的生物效應(yīng)和高效數(shù)據(jù)處理。????可穿戴超聲設(shè)備因其能夠提供持續(xù)健康監(jiān)測(cè)、恢復(fù)或替代受損的身體或器官功能，甚至在某些情況下提供超人能力的潛力，而備受關(guān)注。近年來(lái)，軟物質(zhì)、納米技術(shù)、集成電路、便攜電源技術(shù)和人工智能（AI）的進(jìn)步，為可穿戴超聲研究注入了前所未有的動(dòng)力，使其在連續(xù)健康監(jiān)測(cè)、成像、治療、藥物遞送等應(yīng)用中展現(xiàn)出越來(lái)越重要的角色。可穿戴超聲系統(tǒng)涉及不同的換能器配置，如可變形陣列、多元件貼片和單元件探頭；生物信號(hào)，如多普勒頻譜、心臟收縮和肌肉收縮；以及應(yīng)用，如應(yīng)激超聲心動(dòng)圖、連續(xù)血壓監(jiān)測(cè)、假肢控制和肌肉功能監(jiān)測(cè)。主要技術(shù)進(jìn)展????可穿戴超聲技術(shù)的研究進(jìn)展主要集中在柔性和可拉伸超聲換能器、生物粘附和聲學(xué)友好界面、便攜超聲數(shù)據(jù)采集和無(wú)線通信、AI驅(qū)動(dòng)的成像和控制等方面。其他創(chuàng)新包括更多的可穿戴主動(dòng)材料和結(jié)構(gòu)、新型換能器、高效的數(shù)據(jù)采集和傳輸、輕量化電子設(shè)備以及智能圖像重建。以下是文章中詳細(xì)介紹的一些關(guān)鍵領(lǐng)域和研究進(jìn)展。A.新興的可穿戴超聲技術(shù)????Huang等人提供了關(guān)于可穿戴超聲設(shè)備材料、制造工藝、波束形成和應(yīng)用的綜述，特別是總結(jié)了包括主動(dòng)材料、匹配和背襯材料、可拉伸電極在內(nèi)的換能器材料及其相關(guān)的制造技術(shù)。波束形成策略，特別是基于AI的解決方案，被強(qiáng)調(diào)為解決柔性和可拉伸陣列中未知陣列元件位置引起的波束形成誤差的有效方法。這篇綜述還強(qiáng)調(diào)了可穿戴超聲在連續(xù)健康監(jiān)測(cè)、治療和人機(jī)接口等方面的最新應(yīng)用，并提出了該領(lǐng)域未來(lái)的挑戰(zhàn)和前景。B.可穿戴超聲神經(jīng)調(diào)制????神經(jīng)調(diào)制被認(rèn)為是可穿戴超聲技術(shù)的重要應(yīng)用之一，特別是迷走神經(jīng)調(diào)制技術(shù)，有望治療癲癇、抑郁癥和自身免疫疾病。VanDamme等人報(bào)道了一種由三個(gè)8.4MHz壓電換能器組成的袖帶狀設(shè)計(jì)，展示了實(shí)現(xiàn)可穿戴迷走神經(jīng)刺激技術(shù)的新途徑。Hacker等人開(kāi)發(fā)了一種可穿戴超聲耳迷走神經(jīng)刺激器，設(shè)計(jì)成耳機(jī)形式，通過(guò)8MHz超聲換能器刺激耳部的迷走神經(jīng)，報(bào)告了聲輸出及其安全性因素如溫升和聲強(qiáng)度。C.可穿戴超聲成像????可穿戴超聲成像及其相關(guān)的連續(xù)健康監(jiān)測(cè)是可穿戴超聲技術(shù)的高度預(yù)期進(jìn)展之一。Chen等人提出了一種肩部雙向剪切波彈性成像技術(shù)，使用定制的T形超聲換能器陣列，能夠動(dòng)態(tài)量化肩部肌肉的機(jī)械性能，這些信息可能幫助外科醫(yī)生和物理治療師未來(lái)調(diào)整康復(fù)強(qiáng)度。Lee等人展示了一種結(jié)合深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的可穿戴膀胱容積監(jiān)測(cè)設(shè)備，實(shí)現(xiàn)了準(zhǔn)確且連續(xù)的膀胱容積監(jiān)測(cè)。D.可穿戴超聲創(chuàng)新器械????柔性和可拉伸超聲換能器是大多數(shù)可穿戴超聲技術(shù)的關(guān)鍵組件。Xue等人全面回顧了用于可穿戴超聲成像、傳感和治療的柔性超聲換能器，包括先進(jìn)材料、換能器設(shè)計(jì)和制造技術(shù)，并討論了未來(lái)研究的技術(shù)障礙和挑戰(zhàn)。Chen等人報(bào)道了一種皮膚貼合的柔性和可拉伸超聲換能器，展示了其在大曲率表面上的適應(yīng)性和優(yōu)越的成像質(zhì)量，使用銀納米線與復(fù)合彈性基底，確保了電氣和機(jī)械連接的穩(wěn)固性。????可穿戴超聲設(shè)備可能會(huì)在家庭環(huán)境中使用，因此需要特殊的設(shè)計(jì)考慮。Barbarevech等人提出了一種整體方法，設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)了一個(gè)緊湊、電池供電的完全可穿戴超聲設(shè)備，用于家庭護(hù)理應(yīng)用中的慢性傷口治療。Vostrikov等人提出了一種超低功耗的可穿戴超聲設(shè)備，用于手勢(shì)識(shí)別，通過(guò)分析超聲回波數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)了96%的準(zhǔn)確率，展示了可穿戴超聲設(shè)備在預(yù)測(cè)連續(xù)手部動(dòng)作方面的潛力。結(jié)論????本綜述展示了可穿戴超聲領(lǐng)域的高度動(dòng)態(tài)性和創(chuàng)新性，柔性超聲設(shè)備創(chuàng)新、新興的可穿戴超聲應(yīng)用以及安全性和臨床實(shí)施的潛力，將為這一領(lǐng)域帶來(lái)前所未有的進(jìn)展。這些進(jìn)展將確保這種高效多功能技術(shù)從實(shí)驗(yàn)室到床邊的轉(zhuǎn)化，以及在家庭醫(yī)療和其他靜止環(huán)境中的應(yīng)用。????