患者的福音，可穿戴又雙叒叕登頂Nature

【導讀】

心血管疾病通常與心臟泵血能力的變化有關，可以通過心臟成像檢測到。因此，心臟的非侵入性連續成像對于心血管疾病的早期檢測和監測很有價值。評估心臟功能的現有方法能夠進行成像或連續測量，但不能兩者兼而有之。非成像方法包含的信息比圖像少，但成像方法只能捕獲簡短的快照，涉及繁瑣的設備，并且需要訓練有素的技術人員來操作探頭。同時，監測周期不足可能導致無法檢測到僅短暫出現的癥狀，例如竇性心律失常（心跳失律）。此外，現有的笨重成像模式無法對正在移動的個體的心臟進行成像，且一些與疾病相關的反應僅在運動引起的壓力期間出現。更加重要的是，從心臟成像得出的任何定量測量目前都必須由心臟病專家手動分析，這個過程是艱巨、漫長的，并且受到觀察者間差異的影響。

【成果掠影】

在此，美國加州大學圣地亞哥分校（UCSD）徐升教授（通訊作者）開發了一種可穿戴超聲貼片，即使在佩戴者移動時也能對心臟進行連續成像。成像儀體積小，可以粘附在人體上，而無需握住或需要繁瑣的固定。它具有與皮膚相似的彈性，因此對用戶的日常活動提供了最小的限制。具體來講，成像儀由兩個線性陣列的超聲換能器組成，排列成十字形，無需重新定位即可從兩個正交視圖成像。超聲貼片中的密集元件提供了類似于商業化成像儀的成像質量。同時，作者定制了一個神經網絡來自動處理圖像，以提取心臟性能的關鍵指標，例如每搏量（每次收縮泵出的血液量）、心輸出量（每分鐘泵出的血液量）和射血分數（每次收縮時噴射的左心室一個心室中的血液體積分數），從而消除了觀察者之間的差異性。為了測試該系統，研究者在運動前、運動中和運動后監測了心臟對壓力的反應，在運動過程中使用超聲波測試心臟解剖結構和功能是前所未有的。相關研究成果以“A wearable cardiac ultrasound imager”為題發表在Nature上。

對比，美國加利福尼亞州洛杉磯Cedars Sinai醫療中心David Ouyang評論道：“在運動或壓力測試中應用基于貼片的傳感器特別有趣。作為一名心臟病專家，我認為這樣的設備在臨床上是有用的，甚至可以改變現有的檢測模式”

據悉，這項工作為期四年，始于2019年初。在一次閑聊中得知同事的一位親戚死于突發心臟病，從而意識到本文的技術可以通過持續監測心臟功能來降低死亡率，從而對人們的生活產生真正的影響，這也是可穿戴超聲成像儀的獨特價值。

【數據概覽】

圖一、可穿戴心臟成像儀的設計和表征?2023 Springer Nature

圖二、B模式成像策略和特征分析?2023 Springer Nature

圖三、標準視圖中的超聲心動圖?2023 Springer Nature

圖四、運動期間的心臟監控?2023 Springer Nature

圖五、通過深度學習進行自動圖像處理?2023 Springer Nature

【成果啟示】

綜上所述，即使受試者正在進行劇烈運動，本文提供的策略也能夠進行不間斷的逐幀采集心臟圖像。同時，具有深度學習功能的可穿戴成像儀通過自動連續輸出關鍵心臟指標（如心肌移位、每搏量、射血分數和心輸出量）的曲線，提供可操作的信息，這在重癥監護、心血管疾病管理和運動科學中至關重要。這種能力可以擴展到門診和運動人群。此外，為了適應動態胸部曲率，需要開發先進的成像算法來補償相位失真，從而提高空間分辨率，未來的工作需要集中在系統小型化和集成化上。

文獻鏈接：“A wearable cardiac ultrasound imager”（Nature，2023，10.1038/s41586-022-05498-z）

本文由材料人CYM編譯供稿。