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深度综述 | 可穿戴超声Wearable Ultrasound未来应用方向 - 从血管成像到神经调控什么是可穿戴超声WearableUltrasound技术:????可穿戴超声技术是一种融合了柔性和可拉伸超声换能器、便携数据采集、无线通信和人工智能(AI)技术的创新医疗技术,通过在人体表面贴合的设备实时获取和分析生理数据,提供持续健康监测、成像、治疗和药物递送等功能,从而显著改善医疗保健质量和效率。其核心在于由银纳米线(AgNWs)和复合弹性基底制成的柔性超声换能器,能够在保持高成像质量的同时适应人体复杂曲面。生物粘附和声学友好界面确保了超声源与皮肤间的有效耦合,便携数据采集和无线通信技术实现了实时数据传输,AI技术在图像处理和数据分析中提高成像精度,提供详细的生理和病理信息。应用方面,包括肩部双向剪切波弹性成像(DDSWE)和连续膀胱容积监测在内的设备,已被用于健康监测、康复治疗等领域。然而,技术实现面临诸多挑战,如柔性材料和制造工艺的研发、长期声暴露的生物效应和皮肤健康问题,以及数据采集、传输和处理的高能效要求。总之,可穿戴超声技术代表了医疗技术的前沿,通过多种先进技术的整合,实现了从实验室到临床应用的转化,展示了广阔的发展前景。关于柔性超声技术的综合图:展示了柔性超声换能器、便携数据采集、无线通信和人工智能集成的各个方面。图中包含以下内容:设备在人体上的应用:标注了持续健康监测、成像、治疗和药物递送功能。核心组件:展示了银纳米线(AgNWs)和复合弹性基底的换能器、生物粘附界面和便携电子设备。技术挑战:包括材料耐久性、长期暴露的生物效应和高效数据处理。????可穿戴超声设备因其能够提供持续健康监测、恢复或替代受损的身体或器官功能,甚至在某些情况下提供超人能力的潜力,而备受关注。近年来,软物质、纳米技术、集成电路、便携电源技术和人工智能(AI)的进步,为可穿戴超声研究注入了前所未有的动力,使其在连续健康监测、成像、治疗、药物递送等应用中展现出越来越重要的角色。可穿戴超声系统涉及不同的换能器配置,如可变形阵列、多元件贴片和单元件探头;生物信号,如多普勒频谱、心脏收缩和肌肉收缩;以及应用,如应激超声心动图、连续血压监测、假肢控制和肌肉功能监测。主要技术进展????可穿戴超声技术的研究进展主要集中在柔性和可拉伸超声换能器、生物粘附和声学友好界面、便携超声数据采集和无线通信、AI驱动的成像和控制等方面。其他创新包括更多的可穿戴主动材料和结构、新型换能器、高效的数据采集和传输、轻量化电子设备以及智能图像重建。以下是文章中详细介绍的一些关键领域和研究进展。A.新兴的可穿戴超声技术????Huang等人提供了关于可穿戴超声设备材料、制造工艺、波束形成和应用的综述,特别是总结了包括主动材料、匹配和背衬材料、可拉伸电极在内的换能器材料及其相关的制造技术。波束形成策略,特别是基于AI的解决方案,被强调为解决柔性和可拉伸阵列中未知阵列元件位置引起的波束形成误差的有效方法。这篇综述还强调了可穿戴超声在连续健康监测、治疗和人机接口等方面的最新应用,并提出了该领域未来的挑战和前景。B.可穿戴超声神经调制????神经调制被认为是可穿戴超声技术的重要应用之一,特别是迷走神经调制技术,有望治疗癫痫、抑郁症和自身免疫疾病。VanDamme等人报道了一种由三个8.4MHz压电换能器组成的袖带状设计,展示了实现可穿戴迷走神经刺激技术的新途径。Hacker等人开发了一种可穿戴超声耳迷走神经刺激器,设计成耳机形式,通过8MHz超声换能器刺激耳部的迷走神经,报告了声输出及其安全性因素如温升和声强度。C.可穿戴超声成像????可穿戴超声成像及其相关的连续健康监测是可穿戴超声技术的高度预期进展之一。Chen等人提出了一种肩部双向剪切波弹性成像技术,使用定制的T形超声换能器阵列,能够动态量化肩部肌肉的机械性能,这些信息可能帮助外科医生和物理治疗师未来调整康复强度。Lee等人展示了一种结合深度神经网络的可穿戴膀胱容积监测设备,实现了准确且连续的膀胱容积监测。D.可穿戴超声创新器械????柔性和可拉伸超声换能器是大多数可穿戴超声技术的关键组件。Xue等人全面回顾了用于可穿戴超声成像、传感和治疗的柔性超声换能器,包括先进材料、换能器设计和制造技术,并讨论了未来研究的技术障碍和挑战。Chen等人报道了一种皮肤贴合的柔性和可拉伸超声换能器,展示了其在大曲率表面上的适应性和优越的成像质量,使用银纳米线与复合弹性基底,确保了电气和机械连接的稳固性。????可穿戴超声设备可能会在家庭环境中使用,因此需要特殊的设计考虑。Barbarevech等人提出了一种整体方法,设计和实现了一个紧凑、电池供电的完全可穿戴超声设备,用于家庭护理应用中的慢性伤口治疗。Vostrikov等人提出了一种超低功耗的可穿戴超声设备,用于手势识别,通过分析超声回波数据,实现了96%的准确率,展示了可穿戴超声设备在预测连续手部动作方面的潜力。结论????本综述展示了可穿戴超声领域的高度动态性和创新性,柔性超声设备创新、新兴的可穿戴超声应用以及安全性和临床实施的潜力,将为这一领域带来前所未有的进展。这些进展将确保这种高效多功能技术从实验室到床边的转化,以及在家庭医疗和其他静止环境中的应用。????
选择适合的妇科影像检查方式???子宫、卵巢是伴随女性成长发育的最关键的两个器官,但它们的存在却比其他器官显得更加低调神秘。它们既不像眼睛一样敏感,能感知到风吹草动,也不像胃能够把腹痛立马通知给大脑。两颗像杏大小的卵巢跟子宫住在女性盆腔的深部,摸不到也感受不到。后知后觉的它们通常在出现明显的临床症状或者腹部隆起摸到肿块后,才会被发现出了问题。正因为它们的体积小,位置深,结构精密复杂,影像科医生们开发了各种技术去找到它们、诊断它们。????超声高效便捷、价格亲民,是妇科常规体检的主角。特别是经阴道超声,更是检测这些深藏不露器官的首选方法,它利用更靠近目标器官的位置优势,能够提供更为精确的图像,这对于初步识别卵巢肿瘤或子宫的异常至关重要。但超声的成像原理也注定了它在诊断上很大劣势。超声探头的扫描面积有限,探头无法涵盖较大肿瘤的全貌,加上超声波穿透力弱,在寻找卵巢时前方的肠管、脂肪会对图像产生很大的干扰。此外,超声检查的结果很大程度上依赖于操作医生的技术经验,图像呈现较为主观,无法留存完整的病变图像,这也不利于在治疗前后作图像的疗效对比。因此,我们通常把超声检查应用在体检筛查的第一关,如果在超声检查中出现问题,我们还是要继续选择更进阶的检查来诊断疾病。???CT检查是仅次于超声的便捷技术,人在机器里躺十几秒检查图像就做好了。但它的劣势在妇科领域也是尤为突出。不仅仅是大家众所周知的辐射危害,CT对软组织的分辨率较低,尤其对结构精密的卵巢而言,CT下的它们就像是一个实性的小面团,几乎无法分辨里面的结构。只有在病变出血、增大,使器官发生了形态变化,CT才能发现其中的问题。因此,CT检查虽然在肺部诊断中表现优异,但在妇科的地位就低了很多,通常我们会在急症或者有磁共振禁忌症的情况下才会去选择CT检查。???终于等到妇科影像检查的主角出场了——磁共振(MRI)。它的出现弥补了超声跟CT的短板,解决了软组织分辨率低、辐射危害的两大致命缺点。它的无辐射优点,尤其对儿童、年轻、妊娠期女性非常友好。同时,随着手术置入材料的更新,目前新型的节育环、关节假体、金属固定器、心脏支架,均能够进行磁共振检查而不产生明显伪影。它的另外一大优势则是软组织分辨率高,磁共振如同当今的高清相机,能够清晰分辨卵巢、子宫的微观结构,比如每一个正在发育的卵泡,导致你痛经的子宫内膜异位、或者小到只有5毫米但会引起子宫出血的内膜息肉。因此,盆腔磁共振是在妇科肿瘤的诊疗中不可或缺的诊断武器。当体检超声怀疑子宫或者卵巢占位时,这时候CT不再是首选检查,盆腔磁共振作为深入诊断的首选,避免了不必要的辐射,提高了诊断的准确性。当然磁共振也有它的缺点,获得清晰图像的代价就是扫描时间加长,相比于CT的十几秒,磁共振动辄就需要病人一动不动的躺在机床上半小时到四十分钟,这也是很多急症病人、幽闭恐惧症的患者退而求此次选择CT的原因。???磁共振包括很多套不同的图像,我们可以把它想象成不同的镜头下完成同一个物体的拍摄,比如红外线镜头、广角镜头或者微距镜头,每一套镜头都有它们各自的专长,能够显示其他镜头下看不到信息,有的鉴别病灶里面有没有出血,有的发现病变有没有钙化,有的在注射造影剂后找到是哪一根血管在给肿瘤提供营养。影像科医生看完每一套的影像后,会综合它们的信息,在诊断报告中给与病灶明确的定位、定性诊断。总而言之,盆腔磁共振在妇科领域应用非常广泛,从初诊时给肿瘤良恶性的定性,到精确的肿瘤分期来指导治疗方案,再到治疗后的复发监测,每一步都离不开磁共振的帮助。???但有没有磁共振做不到的事情呢?这时候就该我们的PET/CT出场了。磁共振的软组织分辨率高体现在不同结构的化学成分含量不同,但人体是一个不停在更新代谢的整体,PET/CT注射放射性核素到人体后,可以将核素通过人体的代谢送到全身各个器官,再用它们含量的不同来诊断疾病。我们可以将人体想象成一副地图,血管就是地图里的道路,放射性核素的显像剂像是一辆辆鸣笛的警车,载着警察在我们人体血管里巡逻。当遇到疯狂汲取营养的恶性肿瘤时,这些区域的血管更丰富,警车也会带着更多的警察聚集于此,甚至会出现交通拥堵,像堵车的红色道路一样显示在我们的“地图”上。反之,缺血区域也如同道路塌方,警车也无法到达。由此我们理解了PET/CT的优势,它能够通过代谢反映患者整体的情况,因此它作为我们妇科影像诊断的终极武器,常常应用在恶性肿瘤的诊断当中来发现是否有全身的转移病灶,或者全身多发肿瘤但无法确定原发位置的疑难病例。????妇科影像诊断领域的技术各有所长,它们互相补充为疾病的诊断和治疗提供了坚实的支持。从超声的初步筛查、CT的快速评估,到磁共振的精确定位和PET/CT的全面评估,正确的选择和使用这些技术至关重要。我们的目标是利用每种检查的优势,提升诊断的效率和准确性,减少不必要的重复检查和辐射风险,从而更有效、更迅速、更安全地支持临床决策,守护女性健康。