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超音波貼片測血液流速和流量

為什麼要量測血液流動?

血液循環全身,它的流速和流量,可以是很多疾病的徵兆。或許有人有在醫院內接受頸部動脈量測血流的經驗,臨床上的確有這樣的超音波設備可以檢查血液流動,反應血管堵塞的狀況。這是已經有的技術。只是需要專門的人員來操作特定的機器,出報告判讀。血流的速度和流量能輔助診斷心血管疾病,包括像是血栓、心臟瓣膜問題、血液循環狀況和推估動脈是否有栓塞,以上都是可能導致中風的因素。聽起來這個血液流速的指標,真的有點意義喔!

超音波貼片

這麼有意義的生理指標,可以隨時都監測著嗎?隨時,就是希望即時反映問題。新式的超音波貼片來了!真的是貼片。UC San Diego的研究員開發了可以貼在皮膚上的超音波貼片,期待即時監測血流。這個開發的重點,在於感測器的設計,能偵測到皮膚以下14cm深度的地方,而且是非侵入式的量測喔!精確度也不錯。一支原子筆的長度,就大概15cm左右,14cm這樣的深度可以偵測深層的組織和心臟、腦等器官。

簡言之,這個開發的特點是在於突破穿戴式電子產品的限制,因為穿戴式產品通常有偵測範圍的限制。這個開發所設計的超音波束是能夠調控的,可以依據不同角度傾斜或者轉向對著身體的某個區域,而不是只能作用在貼片下方的區域而已。這個新開發的皮膚貼片感測器,能偵測大過這個感測器面積的區域。

貼片設計的優點&原理

之所以設計為皮膚貼片,材料要薄、有延展性,可拉伸的高分子材料,因此能貼在皮膚上。內嵌有陣列式毫米尺寸大小的超音波傳感器。每一個傳感器都能單獨被電腦控制,這種超音波稱作陣列式超音波(ultrasound phased array)。 它提供兩種主要運作模式。第一種,所有的傳感器可以同步一起傳遞超音波,如此以產生高強度的超音波束,可以聚焦在體內14cm深度的位置。另一種模式,可以控制傳感器,讓他能夠轉向到不同的角度。如此可以在保有高準確度的狀況,同時監測血流,也可以針對某個器官來監測。目前這個超音波陣列有12×12個傳感器。當電流通過傳感器,會震動發出超音波然後穿透皮膚到達身體內。當超音波穿過某個主要的血管,這時候遇到血液中紅血球流動。這樣的移動或偏移的訊號會回傳到貼片上,產生血流的視覺紀錄。也就是應用我們知道的都卜勒頻移(Doppler Frequency Shift)。同樣這樣的原理也可以應用在對心臟壁的監控。

還差一步,如何無線傳輸?

目前這樣的皮膚超音波貼片,有和醫院現行、相同功能的量測設備比較過量測數值,比較時將貼片貼在脖子的頸動脈這個位置來比較,數據顯示結果和醫院現有的設備相當。這整個研究非常重要的是穿戴式陣列超音波感測器的開發。除了醫療用,陣列式超音波已經廣泛被用在工業上,作為非侵入式診斷的工具。但這篇研究是把這樣的應用轉換為貼片、穿戴式的設計。不過研究團隊也說明到,這個貼片要真的能給消費者使用,還有很長的路。因為他現在還需要有線連接電源和一台外接的設備,只是這個貼片的設計概念已經完成,接下來就是設法讓它可以無線傳輸囉!

參考文章: UC San Diego News Center, Nature Biomedical Engineering

【作者簡介】 BioMeder

生醫人網摘的編輯。熱愛創新和用腦袋的事物,堅持文章要有邏輯,藉由報導、解析生醫領域的創新和應用來傳播知識。

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