徐升教授团队 Nat. Biotech.: 可穿戴超声贴片可监测胎儿血流 并实时检测妊娠并发症

目前，用于帮助医生密切跟踪高危妊娠的胎儿监测工具仍然不足。因此，斯坦福医学院、加州大学圣地亚哥分校和牛津大学的研究人员开发了一种可穿戴超声贴片，用于监测这类妊娠。该贴片可贴附在孕妇腹部，连续、实时地提供胎儿和脐带血流信息。

2026年5月26日，这款设备的设计及其在数十名孕妇中的早期验证结果以“Fetal monitoring for high-risk pregnancies using a wearable ultrasound patch” 为题发表在《自然·生物技术》（Nature Biotechnology）上。该设备有望帮助医生监测宫内生长受限等疾病。宫内生长受限影响约10%的妊娠；在这种妊娠并发症中，由于通过脐带的血流不足，胎儿获得的氧气或营养有限，导致生长缓慢。在严重情况下，医生会选择提前分娩，以促进婴儿更好地生长或避免死胎。

“ 目前市场上或科学文献中都没有类似我们的设备。” 该研究的资深作者、斯坦福医学院麻醉学、围术期医学与疼痛医学教授徐升博士表示。

斯坦福大学徐升教授

该研究的共同第一作者包括Geonho（Tom）Park博士，他现在是斯坦福医学院麻醉学、围术期医学与疼痛医学方向的博士后学者，在研究开展时是加州大学圣地亚哥分校的研究生；此外还有加州大学圣地亚哥分校的研究生Yizhou Bian、Hao Huang和Sai Zhou。

（工作中）Geonho（Tom）Park 博士

这款超声贴片是一种柔性粘附式贴片，大小约为手掌大小，可贴在腹部。它通过线缆连接到一台用于解读超声数据的计算机。研究人员认为，该贴片最初将用于住院孕妇，但他们希望最终开发出无线版本，使医生能够在患者居家时进行监测。

当担心胎儿健康、尤其是胎盘功能不全时，脐动脉血流是密切关注的指标之一，目前获取这些数据的过程很复杂。

对胎儿数据的需求

与这种新的超声贴片不同，现有诊断工具通常只能显示胎儿状态在某些短暂时间点上的“快照”。

对于这些高危妊娠患者来说，医生很难在真正需要的时候获得我们想要的信息。我认为这款设备将使我们更容易获得这些信息。

现有的多普勒超声设备不仅只能在短时间窗口内采集血流数据，而且需要训练有素的超声技师并安排检查，即使对住院患者来说也很不方便。

评估胎儿健康的另一种现有方法是胎心宫缩监护，即同时测量胎儿心率和子宫收缩。这些数据来自绑在孕妇腹部的监测设备。

要持续佩戴这种设备真的很困难，当胎儿频繁活动时，设备可能产生错误信号，或者根本采集不到信号。即使对住院患者来说，每天三次获得准确读数也非常耗费人力。

监测器可能显示胎心率下降，但这既可能是由于真实的变化，也可能只是因为胎儿移动了位置，因此需要不断检查并重新调整监测器的位置。这对患者和医护人员来说都非常、非常有压力。

更先进的监测设备将帮助医生更好地权衡何时在高风险妊娠中进行分娩。更早分娩会增加早产相关并发症的风险；但如果胎儿得不到足够血流，继续等待分娩可能会带来更大风险。

技术挑战

在开发这款贴片的过程中，研究人员必须克服许多障碍。与大多数测量体表或近体表信息的可穿戴设备不同，这款超声贴片需要从子宫深处采集并解读信息。

此外，他们希望观察的一切都在运动。不仅孕妇的身体会移动，胎儿也会翻转活动，脐带还会在羊水中自由漂浮。在传统的多普勒超声检查中，技师可以重新调整设备探头的位置，以获得更好的视野。

研究人员结合了策略设计和技术创新来应对这些问题。

“ 我们想，‘如果把超声设备对准胎盘，也就是脐带附着的位置，会怎么样？’ ”GeonhoPark说。“ 即使所有东西都在移动，脐带在这个位置仍然具有一定稳定性。” 团队开发了一种图像分割算法，可以实时追踪脐带与胎盘相连的一端，这是他们设计中的关键要素。

在开发原型并在模拟人体模型上测试其功能符合预期后，研究人员确认该设备不会向胎儿传递过多的声学能量或机械能量。该设备符合美国食品药品监督管理局、美国医学超声学会以及英国医学超声学会设定的安全阈值。

然后，是验证该设备。团队在62名孕妇身上测试了该贴片，并将其结果与标准多普勒超声设备的结果进行比较。新的贴片和传统设备产生了统计学上等效的结果。

该贴片能够对脐带中的三条主要血管进行成像 - 两条动脉和一条静脉。它还可以测量胎儿一条主要动脉中的血流，并测量胎儿的解剖结构，如头围、腹围和股骨长度，从而帮助估算胎儿体重，这是诊断生长问题的关键指标。即使孕妇移动，图像分割算法也能在不重新调整母体腹部贴片位置的情况下正确追踪脐带。无论胎盘位于子宫内的哪个位置，该算法也都能正常工作。

检测到一种严重并发症

在设备验证过程中，研究团队在一名研究参与者身上观察到了意料之外的情况。

“她怀孕28周，仍处于相对较早的孕期。最初检查显示胎心率正常。随后我看到血流信号非常异常，”Park说。 “我当时想，‘也许是设备出了什么问题，’于是我检查了所有环节，但设备看起来没有问题。我把数据展示给在场的医生，他们也认为胎儿可能处于危险之中。”

这名参与者的超声数据显示，其脐带血流出现大幅波动，与同孕周健康孕妇稳定的血流形成鲜明对比。

随访检查确认该参与者存在严重胎盘功能障碍。随后，她接受医生的密切监测，并在四天后通过剖宫产分娩。婴儿进入新生儿重症监护室，后续情况良好。

下一步工作

研究团队计划在斯坦福医学院进一步完善并验证这款超声贴片的应用。除了开发无线版本外，他们还计划在更多患有其他与血流不足相关妊娠并发症的患者中测试该设备，例如先天性心脏病和慢性高血压。

目前，对于这些高危妊娠患者来说，医生很难在真正需要的时候获得我们想要的信息，这款设备将使我们更容易获得这些信息。研究团队会先从住院患者群体开始，但也许有一天，也能在门诊场景中使用它。

https://doi.org/10.1038/s41587-026-03140-1

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