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智能纺织品

非侵入性深度潜入身体

感应和测量心血管信号深度为14厘米。

2021年7月29日

纺织品的创新
|圣地亚哥,加州,美国

医疗/卫生

在皮肤上佩戴一个新的柔软和弹力的超声波贴片,以监测通过一个人身体内部的主要动脉和静脉的血流。

Knowing how fast and how much blood flows through a patient’s blood vessels is important because it can help clinicians diagnose various cardiovascular conditions, including blood clots, heart valve problems, poor circulation in the limbs, or blockages in the arteries that could lead to strokes or heart attacks.

在加州大学San Diego开发的新超声贴片可以连续监测血液流量,以及实时血压和心脏功能。佩戴这种设备可以让早期识别心血管问题更容易。

贴片可以佩戴在颈部或胸部上,并以高精度的方式以非侵入性的方式在身体内部深度为14厘米的心血管信号。

“This type of wearable device can give you a more comprehensive and accurate picture of what’s going on in deep tissues and critical organs like the heart and the brain, all from the surface of the skin,” said Sheng Xu, a professor of nanoengineering at the UC San Diego Jacobs School of Engineering. “Sensing signals at such depths is extremely challenging for wearable electronics, yet this is where the body’s most critical signals and the central organs are buried. We engineered a wearable device that can penetrate such deep tissue depths and sense those vital signals far beneath the skin. This technology can provide new insights for the field of healthcare.”

贴片的另一个特征是超声波梁可以以不同的角度倾斜,并转向身体中不直接在其下方的区域。

这是可穿戴设备领域的第一个,因为现有的可穿戴传感器通常只监视它们下方的区域。

“如果你想在不同的位置感知信号,你必须将传感器移动到该位置,”“徐说。使用此修补程序,我们可以探测宽的区域比设备的足迹更宽。这可以打开很多机会。“

相控阵

贴剂由薄薄的柔性伸缩性聚合物组成,可粘附在皮肤上。嵌入它是一系列毫米大小的超声传感器。

相控阵提供两个主要的操作模式。在一种模式中,所有换能器可以同步以将超声波一起传递在一起,这产生了高强度超声波束,其聚焦在一个地方深度为14厘米的体内。在其他模式中,换能器可以被编程为远离同步发送,这产生了可以转向不同角度的超声波梁。

“随着阶段的阵列技术,我们可以以我们想要的方式操纵超声波梁,”徐解释说。“这为我们的设备提供了多种能力 - 监测中央器官以及血流,具有高分辨率。这是不可能使用的一个换能器。“

相控阵由12×12格的超声换能器组成。当电力流过换能器时,它们会振动并发出穿过皮肤并深入到身体的超声波。当超声波穿过主要血管时,它们遇到从内部流动的红细胞的运动。这种运动改变或转移超声波如何回到贴片 - 称为多普勒频移的效果。反射信号中的这种偏移被贴片拾取,用于创建血流的视觉记录。该相同的机制也可用于创建心脏墙壁的运动图像。

对于许多人来说,血流不是在经常访问医生期间测量的东西。在患者显示出某些心血管问题的迹象之后通常评估它,或者患者处于高风险之后。

标准血流检查本身可能是耗时和劳动密集的。训练有素的技术人员将手持式超声探头压在患者的皮肤上,并将其从一个区域移动到另一个区域,直到它直接位于主要血管之上。这可能会发出简单,但结果可能会在测试和技术人员之间变化。

由于新补丁使用简单,它可以解决这些问题。它不是惯例依赖,它没有额外的工作或对技术人员,临床医生或患者的负担。

在测试中,所执行的贴剂以及诊所中使用的商业超声探头。它准确地记录了主要血管(如颈动脉)中的血流,这是颈部的动脉,向大脑提供血液。例如,能够监测该流程的变化可以帮助识别如果一个人在症状发作前易于中风的风险。

目前,补丁需要连接到电源和台式机以工作。徐的团队现在正在努力将所有电子产品集成在补丁上以使其无线。

www.ucsd.edu.

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