麻省理工學院的超音波貼紙能夠對器官僵硬度進行連續監測，為肝臟和腎臟衰竭等疾病的早期檢測帶來了革命性的改變。工程師發展出一種小型超音波貼紙，可以監測人體深部器官的硬度。這種貼紙只有郵票大小，可以貼在皮膚上，用於發現疾病跡象，如肝臟、腎衰竭和實體腫瘤的進展。

麻省理工學院機械工程系教授Xuanhe Zhao 說：”我們利用先進的製造技術，從高品質壓電材料中切割出小型感測器，從而設計出微型化的超音波貼紙。」圖片來源：研究人員提供

在最近發表在《科學進展》（Science Advances）上的一項開放存取研究中，研究小組報告說，感測器可以將聲波穿過皮膚傳入人體，聲波在人體內部器官上反射後再傳回貼紙。反射波的模式可被解讀為器官僵硬度的特徵，貼紙可進行測量和追蹤。

器官監測的進展

“當一些器官發生疾病時，它們會隨著時間的推移而變得僵硬，”論文的資深作者、麻省理工學院機械工程系教授趙宣和說。”有了這種可穿戴貼紙，我們就可以長時間持續監測硬度的變化，這對於早期診斷內臟器官衰竭至關重要。”

研究小組證明，這種黏貼感測器可以在48 小時內持續監測器官的硬度，並檢測出可能預示疾病進展的微妙變化。在初步實驗中，研究人員發現這種黏性感測器可以檢測到大鼠急性肝衰竭的早期跡象。

戴在皮膚上的小型超音波貼紙可以監測身體深處器官的硬度。麻省理工學院開發的這種感測器可以檢測肝臟和腎臟衰竭等疾病的跡像以及實體瘤的進展。圖片來源：研究人員提供

工程師們正在努力將這種設計應用於人體。他們設想，這種貼紙可以用於重症監護室（ICU），在那裡，低調的傳感器可以持續監測器官移植後正在康復的病人。

“我們設想，就在肝臟或腎臟移植手術之後，我們可以把這種貼紙貼在病人身上，觀察器官的硬度在幾天內的變化情況，”領銜作者劉孝全說。”如果有任何急性肝衰竭的早期診斷，醫生就可以立即採取行動，而不是等到病情變得嚴重時才採取行動。”研究進行時，劉曉川是麻省理工學院的訪問科學家，目前是南加州大學的助理教授。

研究的麻省理工學院合著者包括陳曉宇（Xiaoyu Chen）和王崇和（Chonghe Wang），以及USC南加州大學的合作者。

超音波彈性成像及其局限性

就像我們的肌肉一樣，隨著年齡的增長，體內的組織和器官也會變得僵硬。在某些疾病的影響下，器官僵化會變得更加明顯，預示著健康狀況可能會急劇下降。目前，臨床醫生有辦法利用超音波彈性成像技術來測量腎臟和肝臟等器官的僵硬程度，這種技術類似於超音波成像，技術人員在皮膚上操作一個手持探頭或探頭。探頭透過身體發出聲波，導致內部器官輕微振動並發出聲波。探頭會感應到器官感應到的振動，而振動的模式可以轉化為器官的晃動或僵硬程度。

超音波彈性成像技術通常用於重症監護病房，以監測近期接受器官移植的病人。技術人員會在手術後不久定期檢查病人，快速探查新器官，尋找僵化跡象和潛在的急性衰竭或排斥反應。

圖片來源：研究人員提供

另一位資深作者、南加州大學教授週其發（Qifa Zhou）說：「器官移植後，重症監護室的前72小時最為關鍵。傳統的超音波檢查需要將探頭對準身體。但你無法長期持續這樣做。醫生可能會錯過關鍵時刻，意識到器官衰竭時為時已晚。”

研究小組意識到，他們或許能提供更連續、可穿戴的替代方案。他們的解決方案擴展了他們先前開發的超音波貼紙，用於對深層組織和器官進行成像。

趙解釋說：”我們的成像貼只能捕捉縱波，而這次我們想捕捉剪切波，它能告訴你器官的剛性。”

現有的超音波彈性成像探頭可測量剪切波或器官對聲波脈衝的振動。剪切波在器官中傳播的速度越快，表示器官越堅硬。(想想水球和足球的反彈力）。

超音波技術的創新

研究團隊希望將超音波彈性成像技術微型化，使其適合貼在郵票大小的貼紙上。他們也希望保持與商用手持探頭相同的靈敏度，手持探頭通常包含約128個壓電換能器，每個換能器都能將傳入的電場轉化為傳出的聲波。

週說：”我們利用先進的製造技術，從高品質壓電材料中切割出小型感測器，從而設計出微型化的超音波貼紙。”

研究人員精確地製造了128 個微型感測器，並將其整合到一個25 毫米見方的晶片上。他們在晶片的底部襯上了一種由水凝膠製成的黏合劑–一種由水和聚合物混合而成的具有黏性和伸縮性的材料，它能讓聲波幾乎無損耗地進出裝置.

在初步實驗中，研究團隊在老鼠身上測試了硬度感應貼紙。他們發現，貼紙能夠在48小時內連續測量肝臟硬度。從貼紙收集到的數據中，研究人員觀察到了急性肝衰竭的明顯早期跡象，隨後他們透過組織樣本證實了這一點。一旦肝臟衰竭，器官的硬度將增加數倍。

趙補充說：”健康的肝臟就像煮熟的雞蛋一樣搖搖晃晃，而患病的肝臟則更像煮熟的雞蛋。而這種貼紙可以捕捉到身體深處的這些差異，並在器官衰竭發生時發出警報。”

研究小組正與臨床醫生合作，將這種貼紙應用於重症監護室的器官移植復健病人。在這種情況下，他們預計貼紙目前的設計不會有太大變化，因為它可以貼在病人的皮膚上，它發出和接收的任何聲波都可以由連接到貼紙上的電子設備傳遞和收集，類似醫生辦公室裡的電極和心電圖機。

未來的應用與影響

哈佛大學醫學院醫學副教授、布里格姆婦女醫院副生物工程師Shrike Zhang 說：「這個系統的真正魅力在於，由於它現在是可穿戴的，因此可以實現低重量、可適配和長時間的持續監測，這不僅可以讓病人在實現對疾病進展的長期、幾乎實時監測的同時減少痛苦，還可以讓訓練有素的醫院人員騰出時間來從事其他重要工作”。他沒有參與這項研究。

研究人員還希望將這種貼紙改裝成更便攜的自封式版本，將其所有配套電子設備和處理過程小型化，裝入一個稍大的貼片中。然後，他們設想病人可以在家中佩戴這種貼紙，對病情進行較長時間的連續監測，如實體瘤的進展情況，眾所周知，實體瘤會隨著病情的嚴重而變硬。

“我們相信這是一個拯救生命的技術平台，”趙說。”我們認為，未來人們只需在身上貼幾張張貼紙，就能測量許多生命訊號，並對體內主要器官的健康狀況進行成像和追蹤。”

編譯來源：ScitechDaily