运动对象无线超声监测的巨大飞跃

加州大学圣地亚哥分校的一个工程师团队开发了第一个完全集成的可穿戴超声系统，用于深层组织监测，包括移动中的受试者。它有助于潜在的挽救生命的心血管监测，并标志着世界领先的可穿戴超声实验室之一的重大突破。论文“一种用于监测移动对象深层组织的完全集成的可穿戴超声系统”发表在2023年5月22日的《自然生物技术》杂志上。

“这个项目为可穿戴超声技术提供了一个完整的解决方案——不仅是可穿戴传感器，而且控制电子设备都是以可穿戴形式制造的，”博士MuyangLin说。加州大学圣地亚哥分校纳米工程系的候选人和该研究的第一作者。“我们制造了一种真正的可穿戴设备，可以无线感知深层组织的生命体征。”

该研究来自加州大学圣地亚哥分校雅各布斯工程学院纳米工程教授、该研究的通讯作者ShengXu的实验室。

这种完全集成的自主可穿戴超声波贴片系统(USoP)建立在实验室之前在软超声波传感器设计方面的工作之上。然而，以前的软超声波传感器都需要系绳电缆来进行数据和电力传输，这在很大程度上限制了用户的移动性。在这项工作中，它包括一个小型、灵活的控制电路，该电路与超声换能器阵列通信，以无线方式收集和传输数据。机器学习组件有助于解释数据并跟踪运动中的对象。

根据该实验室的研究结果，超声波贴片系统可以连续跟踪深达164毫米的组织的生理信号，连续测量中心血压、心率、心输出量和其他生理信号长达12小时。时间。

“这项技术有很大的潜力来拯救和改善生活，”林说。“传感器可以评估运动中的心血管功能。静息或运动时血压和心输出量的异常值是心力衰竭的标志。对于健康人群，我们的设备可以实时测量心血管对运动的反应，从而提供见解融入每个人实际施加的锻炼强度，可以指导个性化训练计划的制定。”

USoP还代表了医疗物联网(IoMT)发展的突破，这是一个连接到互联网的医疗设备网络术语，可将生理信号无线传输到云端以进行计算、分析和专业诊断。

得益于技术进步以及临床医生在过去几十年的辛勤工作，超声波一直受到人们的关注，徐实验室经常被人们第一时间提到是该领域的早期和持久的领导者，尤其是在可穿戴超声领域。该实验室采用了固定和便携式设备，使它们可拉伸和可穿戴，从而推动了医疗保健监测领域的变革。它的优势部分取决于与临床医生的密切合作。“虽然我们是工程师，但我们确实知道临床医生面临的医疗问题，”林说。“我们与我们的临床合作者有着密切的关系，并且总是从他们那里得到有价值的反馈。这种新的可穿戴超声技术是解决临床实践中许多生命体征监测挑战的独特解决方案。”

在开发最新的创新产品时，该团队惊讶地发现它拥有比最初预期更多的功能。

“在这个项目的一开始，我们的目标是建立一个无线血压传感器，”林说。“后来，当我们制作电路、设计算法和收集临床见解时，我们认为这个系统可以测量比血压更多的关键生理参数，例如心输出量、动脉硬度、呼气量等等，所有这是日常保健或住院监测的基本参数。”

此外，当受检者处于运动状态时，可穿戴式超声波传感器与组织目标之间会发生相对运动，需要频繁手动调整可穿戴式超声波传感器以跟踪移动目标。在这项工作中，该团队开发了一种机器学习算法来自动分析接收到的信号并选择最合适的频道来跟踪移动目标。

然而，当使用一个受试者的数据训练算法时，该学习可能无法转移到其他受试者，从而导致结果不一致且不可靠。

“我们最终通过应用先进的自适应算法使机器学习模型泛化工作，”加州大学圣地亚哥分校计算机科学与工程系硕士生、该论文的共同第一作者ZiyangZhang说。“这种算法可以自动最小化不同学科之间的领域分布差异，这意味着机器智能可以从一个学科转移到另一个学科。我们可以在一个学科上训练该算法，并将其应用于许多其他新学科，只需最少的再训练。”

展望未来，传感器将在更大的人群中进行测试。“到目前为止，我们只在少数但多样化的人群中验证了设备的性能，”加州大学圣地亚哥分校纳米工程系博士后学者、该研究的共同第一作者高晓翔说。“当我们将这种设备设想为下一代深层组织监测设备时，临床试验是我们的下一步。”

Xu是Softsonics,LLC的联合创始人，该公司计划将该技术商业化。

更多信息：ShengXu，一种完全集成的可穿戴超声系统，用于监测运动对象的深层