据 2020 年发布的《中国心血管病健康和疾病报告 2019》的数据调查显示，心脑血管病已经成为了我国发病率第一、严重威胁国人身心健康的疾病。报告倡导心血管全生命周期的健康管理，同时，将血脂管理纳入到国家基本公共卫生服务范畴的相关呼声也愈发强烈，心血管健康监测由此成为一项亟需人们重视的议题。
面对如此需求，来自加州大学圣地亚哥分校的徐升团队研发出一款柔性可穿戴超声波血压测量设备，该可穿戴设备类似一个 “创口贴”，可以贴在胸部、颈部等部位持续检测人体深层次的血管状况。
此次研究的一大突破便是将柔性可穿戴设备的测量深度提升到了皮下 18 厘米水平，并以无创、连续、深层次监测为主要特点。研究成果于当地时间 7 月 16 日登上了 Nature Biomedical Engineering 的封面。
（来源：Nature Biomedical Engineering）传统血压计只能测量手臂及手腕上的外周血压，但越来越多的科学研究表明，心脏等器官深层次的中心血压更具临床意义，也能更好地预测心血管疾病风险。目前产学研界的可穿戴血压测量设备的主要包括机械压力感应血压、光学传感器测量血压以及雷达测量血压，上述方法大多只能测量到皮肤表面的生理信号，探测深度目前仅停留在毫米级别。若想进一步监测深埋在人体体内的中心器官，如心脏、肺部、肠道以及其他重要的循环系统的血流状况，需要可穿戴电子设备具有很强的穿透力。徐升团队研发的超声波贴片能以非侵入的无损方式，在保证数据精确性的同时，测量到人体皮肤下 18 厘米深的组织。因其柔软轻薄的材质，这一贴片可以贴在颈部和部等任意位置而不用摘下，从而实现持续性的实时测量。这些特点对血栓、心脏瓣膜病、四肢血液循环不畅以及能导致休克或心脏病的动脉堵塞等多种心血管疾病的及时诊断变得更加及时高效。（来源：Nature Biomedical Engineering）早在 2018 年，徐升团队便运用超声波技术将可穿戴血压测量设备的探测深度提升到了皮下 4cm 的水平。这一次，他们通过结合相控阵技术，用大量高密集集成的器件来合成声卡，大大提升了声卡的强度和穿透力，信号探测深度可达到皮下 18cm，足以触达到心脏、肝脏等重要人体器官。论文的第一作者，麻省理工学院机械工程博士生王冲和表示：“ 对于可穿戴电子设备来说，感应信号能达到如此深度是极具挑战性的。然而人体最关键的器官和信号恰恰潜藏在皮下 4cm-18cm 这一深度中。”另外，柔性材料的研制使得该款血压测量设备在佩戴不会有任何不适感，其体积也只有一个创口贴的大小，它可以贴在身体等任意位置，且不会对日常生活行为产生任何影响，从而实现连续不间断的监测。如今，大多数人只有在体检或看医生的时候才会去测量血压。这些数据均为特定时间、特定场景的结果，并受到受测者情绪、提问、身体姿势等因素的干扰。人们难以获得血压在一天中或睡眠过程中的变化数据。尽管现有技术也允许人们在心脏重症监护室内使用动脉插管来测量血压，从而实现” 连续测量 “，其所获数据也更为精确，能够预测心力衰竭、确定血液供应是否良好等，但插管这一有创手段增加了感染风险。通过使用超声波技术和柔性材料，该团队将血压监测从特定的医疗场所和特殊的医护人员手中解放开来，一定程度上降低了测量血压所需要的时间和路程成本，突破医疗管理的时空限制实现全时性血压监测，这将对未来人类的健康管理模式带来新的可能。（来源：Nature Biomedical Engineering）王冲和对 DeepTech 表示，除了可以进行血压监测，该设备还可以进行一些较为初级的医疗影像处理，例如组织断层的成像。这相当于将成熟的医疗影像学搬到了日常的健康管理之中。作为一种常见的医疗辅助手段，超声影像学在孕妇产检、器官病变的监测中发挥着重要作用，然而这些检查需要患者定期去到医院，实际的检测频率非常低，这同样导致日常生活中大量可采集样本的丢失。据介绍，徐升团队研制的超声波贴片是一种 “岛桥” 结构设计的设备。弹簧形电线（桥）连接了小型电子零件阵列（岛），整个设备封装在硅树脂中。虽然这些 “岛” 是刚性的，但在这块不超过 0.6 平方毫米的组件中可以自由伸缩，且不影响整个器件柔软的特性。每个岛都包含压电传感器的电极和器件，当交流电通过时会产生超声波。超声波可到达皮肤下方 18 厘米深处的中心器官组织如心室，心房，主动脉血管，当超声波返回到贴片时，即可通过定制软件将该信息转换为深度组织局部的血流和血压信息。此次研究的另一突破点在于，超声波能以任意角度进入到并非直接位于贴布下方的其他身体部位。这是可穿戴设备领域中的首次，既往可穿戴传感器仅能监测到设备下方的区域，若想要接收到不同位置的信号则需要移动传感器的位置。使用相控阵技术优化后的贴片，探测范围得到了大幅度提升，不仅能垂直探测贴片下方的区域，还能够转换角度探测到皮下其他地方。王冲和对 DeepTech 表示，团队早在 2017 年 6 月份便有了可穿戴超声波血压测量设备的想法，然而该设想处在一个多学科交叉的地方，涉及工程学、材料科学、化学、力学、生物医药等多领域的研究，因此团队通过汇聚不同领域的学生，经过 3-4 年的合作与打磨才有了今天的成果。在未来，该款可穿戴设备还能与机器学习、人工智能、大数据等技术相结合，推助智能健康社会的发展。在物联网技术的加持下，徐升团队的创口贴式血压计或将成为未来远程医疗和精准医疗社会下的一块生动拼图。
