只要把一个硬币般大小的特制贴片贴在身上,便能通过超声成像持续监测心脏及其他器官的变化。我国正研发可用于长期监测的可佩戴超声成像系统,尝试把医学影像技术转化为日常与居家护理的穿戴式设备。

这项名为“转变老年护理的可穿戴成像技术”(Wearable Imaging for Transforming Elderly Care,简称WITEC)的新研究项目,由新加坡—麻省理工学院科研中心(SMART)牵头,旨在为慢性病患者提供持续、实时的监测与个人化辅助诊断。

3D打印机制造的亚微米级锥形结构,用于改善贴片超声换能器与人体之间的声波传输效率,提升成像质量。(叶振忠摄)
3D打印机制造的亚微米级锥形结构,用于改善贴片超声换能器与人体之间的声波传输效率,提升成像质量。(叶振忠摄)

麻省理工学院机械工程教授赵选贺是引领有关研究的联合首席研究员。他星期三(12月10日)在WITEC项目启动仪式上指出,市面上已有不少可穿戴设备,但大多只能记录心率、血氧、心电图等信号,无法满足慢性病护理所需的影像监测。

他认为,超声因无辐射、成本低、操作灵活,被视为穿戴式医疗设备最具潜力的发展方向。这项技术不仅能记录数据,更能“看见”体内器官变化,从而提升判断慢性病的准确性。

他说,现有科学技术已经能够把超声换能器微型化至仅数毫米厚的贴片,贴在身上,每片可覆盖约10厘米乘10厘米范围,可对相应部位进行持续成像监测。

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“我们希望把这种具生物黏附性的超声贴片,从实验室概念发展成可在医院使用的成熟技术。”

他说,团队目前已研发出初版原型,最终目标是研发全球首个可进行长达48小时间歇式成像的穿戴式超声系统。通过人工智能分析大量影像数据,系统可自动识别异常状况,并实时发出预警,协助医生更早作出诊断,减轻医院资源压力,改善患者治疗效果。

WITEC引进多台先进设备

为了实现长期稳定贴附和高质量成像,WITEC引进多台先进设备,包括东南亚首台亚微米级3D打印机和最先进的超声成像系统。

WITEC研究人员使用Nanoscribe Quantum X亚微米级3D打印机,高精度制造超声贴片所需的生物黏附材料。(叶振忠摄)
WITEC研究人员使用Nanoscribe Quantum X亚微米级3D打印机,高精度制造超声贴片所需的生物黏附材料。(叶振忠摄)

一般3D打印机的精度多停留在毫米或微米级,WITEC使用的高精度打印设备能在接近细胞和组织结构的尺度加工材料,使团队精细打造超声贴片所需的生物黏附层,提高贴附稳定性和成像质量。

团队也利用设备打印具纳米与微结构的材料,以增强超声波的传输与聚焦能力,进一步改善超声换能器性能,这使装置能保持轻巧纤薄可穿戴,同时还能提供接近临床水平的影像。

研究人员现场展示亚微米级3D打印机的精密加工能力。打印机在10分钟内即可制成一个微尘大小的“鱼尾狮”模型,尺寸比一粒米小7800倍,但在显微镜下仍能清晰呈现细节。(叶振忠摄)
研究人员现场展示亚微米级3D打印机的精密加工能力。打印机在10分钟内即可制成一个微尘大小的“鱼尾狮”模型,尺寸比一粒米小7800倍,但在显微镜下仍能清晰呈现细节。(叶振忠摄)

新的超声成像系统则配备新型换能器适配器,具备更高自由度和分辨率,可支持复杂成像与人工智能分析,实现传统医院设备无法完成的长时间实时监测。

这项耗资数百万元的研究计划为期至少三年,今年5月获得新加坡国家研究基金会属下的卓越研究与科技企业学园支持。

赵选贺说,WITEC研究将分两阶段推进。第一阶段把超声贴片连接至现有超声设备,用于实验室与临床环境的长时间监测;第二阶段则进一步把系统完全微型化,发展成可在家中使用的独立装置,并把实时影像传回医院供评估。

研究团队计划明年初在陈笃生医院为50名心脏病患者展开为期一年的临床试验,以验证超声监测在慢性疾病管理中的安全与必要性。

赵选贺说,心血管疾病是全球首要死因,这类疾病的护理高度依赖长期、连续的监测,在新加坡也构成主要的医疗负担。

“穿戴式超声系统可根据不同临床需求灵活调整成像频率,从发病前的早期预警、发病过程中的动态观察,到康复阶段的恢复评估,为医生提供更完整的判断依据。”