UCSD 徐升教授团队 Nat. Rev. Bioeng.综述: 可穿戴超声技术

本综述文章系统梳理了“可穿戴超声技术”（wearable ultrasound technology）的最新研究进展，涵盖材料选择、机械结构设计、系统集成方法及其在医疗健康中的实际应用。该技术是指无需人工操作、能够贴附于皮肤表面进行长时间连续成像和治疗干预的超声设备。相比传统手持超声设备，可穿戴超声能够提供更高时间分辨率的数据、更少的操作人员依赖性和更强的患者顺应性。

2025年7月15日，该综述文章由加州大学圣地亚哥分校周赛、Geonho Park、林沐阳、杨心怡和徐升教授共同撰写，以“Wearable ultrasound technology”为题为题发表在Nature Reviews Bioengineering期刊上，系统探讨了如下几个方面：

一、技术背景与重要性

传统超声设备虽然在诊断和治疗中发挥重要作用，但其体积大、对操作者依赖性强、难以连续监测深部组织功能。随着微型电子学和柔性材料的发展，可穿戴超声技术应运而生，为慢性病管理、术后监护、急性事件应对等提供了全新的解决方案。

二、核心组成：换能器材料与结构设计

图1. 可穿戴超声设备的换能器材料设计、声学堆叠和结构

文章详述了构建高性能可穿戴超声设备所需的各种换能器材料（如压电陶瓷、晶体、高分子聚合物和微机电换能器），并介绍了如何通过复合材料设计（如1-3复合结构）实现良好的柔顺性、声阻抗匹配和灵敏度。同时，还分析了各种声学堆叠结构（包括背衬层、匹配层、声透镜）以及单元阵列排布（如线阵、相控阵、二维阵列）对成像分辨率和空间覆盖能力的影响。

表1. 可穿戴诊断超声技术的比较

图2. 硬式、柔性及可拉伸的可穿戴超声设计

三、系统集成与信号处理

从前端电路（如发送/接收模块、模拟开关）到后端无线通信（如蓝牙与Wi-Fi），再到人工智能驱动的数据处理（如自动识别血管位置、自动追踪最大血流速度），文章展示了构建高集成度、低功耗、便于日常佩戴使用的可穿戴超声系统的可行路径。尤其强调了与AI模型结合，实现图像自动解读与疾病筛查。

图3. 设备集成

四、广泛的医疗应用

文章详尽列举了可穿戴超声在多个器官系统中的应用场景，包括：

• 脑部监测：通过颅骨可实现长期脑血流动态追踪，有望早期发现卒中及血管痉挛；

• 心血管系统：连续记录心脏结构变化、血压波动与血流速度；

• 肌肉骨骼：用于运动训练与康复、骨折愈合监测；

• 乳腺与肝脏疾病：实现便携式肿瘤筛查与纤维化评估；

• 胎儿与胃肠功能监护：可在家中连续记录胎心率与胃排空功能；

• 多模态生理信号获取：如联合电化学与超声获取血流与代谢信号，用于个体化健康管理。

  图4. 可穿戴超声技术的应用

五、治疗应用与远程干预

除成像功能外，可穿戴超声还可用于：

• 神经调控（如迷走神经刺激）；

• 药物释放与皮肤透药；

• 加速伤口愈合；

• 促进骨愈合与止痛干预；

• 提供能量和数据传输。

文章指出，这些治疗应用主要依赖超声的机械力和热效应，通过操控频率、强度、占空比等参数可实现精准个体化治疗。

六、挑战与展望

尽管技术潜力巨大，作者也明确提出实现临床广泛推广需跨越若干挑战，包括：

• 如何提高成像分辨率与三维成像能力；

• 如何提升设备的可穿戴性与呼吸性；

• 如何进行大规模临床验证；

• 如何在资源有限的环境中部署与维持该技术；

• 如何解决功耗、数据安全与伦理问题。

这篇综述文章既回顾了该领域的前沿进展，又提出了技术标准化与临床转化的关键路径。作为该领域的路线图式综述，它对学术界、产业界和政策制定者均具有重要参考价值。

https://www.nature.com/articles/s44222-025-00329-y

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