麻省理工学院的工程师们开发了一种可以监测身体深处器官硬度的小型超声波贴纸。这种贴纸和邮票一样大，可以贴在皮肤上，旨在发现肝肾衰竭、实体瘤进展等疾病的迹象。手臂上有一个橙色的贴纸原型。手臂稍微旋转以显示贴纸的粘性，因为它仍然留在手臂上。图片来源：研究人员今天提供的《科学进步》（Science Advances）在最后一项开放获取研究中，该团队报告说，传感器可以通过皮肤将声波发送到体内，声波从内脏反射并返回贴纸。反射波模式可以解释为器官刚度的特征，贴纸可以测量和跟踪。麻省理工学院机械工程教授赵璇和说：“当某些器官生病时，它们会随着时间的推移而变硬。”。“有了这种可穿戴贴纸，我们可以长期持续监测刚度的变化，这对早期诊断内脏衰竭至关重要。该团队已经证明，贴纸可以在48小时内持续监测器官的僵硬度，并检测到可能预示着疾病进展的细微变化。在初步实验中，研究人员发现粘性传感器可以检测大鼠急性肝衰竭的早期迹象。工程师们正在努力为人类调整设计。他们认为这种贴纸可以用于重症监护室（ICU），在那里，低调的传感器可以继续监测从器官移植中恢复的患者。“我们想象，肝脏或肾脏移植后，我们可以将贴纸贴在患者身上，观察器官的僵硬度在几天内如何变化。”主要作者Hsiao-Chuan Liu说。“如果有急性肝衰竭的早期诊断，医生可以立即采取行动，而不是等到病情变得严重。刘是麻省理工学院的访问科学家，目前是南加州大学的助理教授。麻省理工学院的合作伙伴包括Xiaoyu Chen和Chonghe Wang，以及南加州大学的合作伙伴。就像我们的肌肉一样，我们身体的组织和器官会随着年龄的增长而变硬。僵硬的器官可能会对某些疾病变得更加明显，这表明健康状况可能会急剧下降。目前，临床医生可以使用超声波弹性成像来测量肾脏、肝脏和其他器官的硬度。这是一种类似于超声波成像的技术，技术人员在皮肤上操纵手持探头或魔杖。探头通过身体发出声波，导致内脏轻微振动，并发出波作为回报。探头感应器官的感应振动，振动模式可转化为器官的摇晃或僵硬。通常用于超声弹性成像 ICU 监测最近接受器官移植的患者。手术后不久，技术人员定期检查患者，以快速检查新器官，并找到僵硬和潜在的急性衰竭或排斥反应的迹象。另一位作者，南加州大学教授Qifa，“在器官移植后，ICU的前72小时是最关键的，” 周说。"使用传统的超声波，你需要把探头放在身上。但从长远来看，你不能一直这样做。医生可能会错过一个关键时刻，意识到器官衰竭已经太晚了。该团队意识到，他们可以提供更连续的可穿戴替代方案。他们的解决方案扩展了他们之前开发的超声波贴纸，用于成像深层组织和器官。赵解释说：“我们的成像贴纸是在纵波上捡起来的，这次我们想捡起横波，这会告诉你器官的刚度。剪切波或器官对声波脉冲的振动可以通过现有的超声弹性照探头来测量。横波在器官中传播得越快，器官就越难解释。(想想水气球和足球的反弹。该团队希望小型化适合邮票大小的超声弹性贴纸。它们还旨在保持与商用手持式探头相同的灵敏度，通常包括大约128个压电传感器，每个压电传感器将进入射电场转换为声波。周说：“我们采用先进的制造技术，将小型换能器从优质压电材料中切割出来，使我们能够设计出小型超声贴纸。研究人员制造了128个微型传感器，并将其集成到25毫米见方芯片上。它们在芯片的底部铺设了一种由水凝胶制成的粘合剂。水凝胶是一种粘性和弹性材料，是水和聚合物的混合物，使声波进出设备几乎没有损失。在初步实验中，研究小组在大鼠身上测试了刚度感应贴纸。他们发现贴纸可以在48小时内连续测量肝硬度。研究人员从贴纸收集的数据中观察到急性肝衰竭的明显早期迹象，后来用组织样本证实了这一点。刘指出：“一旦肝衰竭，器官的僵硬程度就会增加数倍，”。赵补充道：“你可以从一个健康的肝脏像一个煮熟的鸡蛋一样摇晃，变成一个更像煮熟鸡蛋的病肝。”。“这种贴纸可以在身体深处发现这些差异，并在器官衰竭时发出警报。该团队正在与临床医生合作，将贴纸用于ICU器官移植康复患者。在这种情况下，他们预计目前的贴纸设计不会有太大的变化，因为它可以粘在患者的皮肤上，它发送和接收的任何声波都可以通过连接到贴纸的电子设备传输和收集，类似于医生办公室的电极和心电图机。哈佛医学院医学副教授、布莱根妇女医院副生物工程师Shrikee说：“这个系统的美妙之处在于，由于它现在可以穿戴，它将允许随着时间的推移进行低重量、适应性和持续监测。” Zhang说他没有参与这项研究。“这不仅可以减轻患者的痛苦，还可以实现对疾病进展的长期实时监测，还可以让训练有素的医院工作人员腾出时间完成其他重要任务。研究人员还希望将贴纸加工成更便携的自封闭版，所有附着的电子设备和处理方法都小型化，以适应稍大的贴纸。然后，他们想象病人可以在家里戴贴纸，长期监测情况，比如实体瘤的进展。众所周知，实体瘤会随着严重程度而变硬。赵说：“我们相信这是一个挽救生命的技术平台。”。“在未来，我们认为人们可以在身体上贴一些贴纸来测量许多生命信号，并成像和跟踪身体主要器官的健康状况。这项工作在一定程度上得到了美国国家卫生研究院的支持。