患者的福音，可穿戴又双叒叕登顶Nature

【导读】

心血管疾病通常与心脏泵血能力的变化有关，可以通过心脏成像检测到。因此，心脏的非侵入性连续成像对于心血管疾病的早期检测和监测很有价值。评估心脏功能的现有方法能够进行成像或连续测量，但不能两者兼而有之。非成像方法包含的信息比图像少，但成像方法只能捕获简短的快照，涉及繁琐的设备，并且需要训练有素的技术人员来操作探头。同时，监测周期不足可能导致无法检测到仅短暂出现的症状，例如窦性心律失常（心跳失律）。此外，现有的笨重成像模式无法对正在移动的个体的心脏进行成像，且一些与疾病相关的反应仅在运动引起的压力期间出现。更加重要的是，从心脏成像得出的任何定量测量目前都必须由心脏病专家手动分析，这个过程是艰巨、漫长的，并且受到观察者间差异的影响。

【成果掠影】

在此，美国加州大学圣地亚哥分校（UCSD）徐升教授（通讯作者）开发了一种可穿戴超声贴片，即使在佩戴者移动时也能对心脏进行连续成像。成像仪体积小，可以粘附在人体上，而无需握住或需要繁琐的固定。它具有与皮肤相似的弹性，因此对用户的日常活动提供了最小的限制。具体来讲，成像仪由两个线性阵列的超声换能器组成，排列成十字形，无需重新定位即可从两个正交视图成像。超声贴片中的密集元件提供了类似于商业化成像仪的成像质量。同时，作者定制了一个神经网络来自动处理图像，以提取心脏性能的关键指标，例如每搏量（每次收缩泵出的血液量）、心输出量（每分钟泵出的血液量）和射血分数（每次收缩时喷射的左心室一个心室中的血液体积分数），从而消除了观察者之间的差异性。为了测试该系统，研究者在运动前、运动中和运动后监测了心脏对压力的反应，在运动过程中使用超声波测试心脏解剖结构和功能是前所未有的。相关研究成果以“A wearable cardiac ultrasound imager”为题发表在Nature上。

对比，美国加利福尼亚州洛杉矶Cedars Sinai医疗中心David Ouyang评论道：“在运动或压力测试中应用基于贴片的传感器特别有趣。作为一名心脏病专家，我认为这样的设备在临床上是有用的，甚至可以改变现有的检测模式”

据悉，这项工作为期四年，始于2019年初。在一次闲聊中得知同事的一位亲戚死于突发心脏病，从而意识到本文的技术可以通过持续监测心脏功能来降低死亡率，从而对人们的生活产生真正的影响，这也是可穿戴超声成像仪的独特价值。

【数据概览】

图一、可穿戴心脏成像仪的设计和表征©2023 Springer Nature

图二、B模式成像策略和特征分析©2023 Springer Nature

图三、标准视图中的超声心动图©2023 Springer Nature

图四、运动期间的心脏监控©2023 Springer Nature

图五、通过深度学习进行自动图像处理©2023 Springer Nature

【成果启示】

综上所述，即使受试者正在进行剧烈运动，本文提供的策略也能够进行不间断的逐帧采集心脏图像。同时，具有深度学习功能的可穿戴成像仪通过自动连续输出关键心脏指标（如心肌移位、每搏量、射血分数和心输出量）的曲线，提供可操作的信息，这在重症监护、心血管疾病管理和运动科学中至关重要。这种能力可以扩展到门诊和运动人群。此外，为了适应动态胸部曲率，需要开发先进的成像算法来补偿相位失真，从而提高空间分辨率，未来的工作需要集中在系统小型化和集成化上。

文献链接：“A wearable cardiac ultrasound imager”（Nature，2023，10.1038/s41586-022-05498-z）

本文由材料人CYM编译供稿。