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微型超音波–即時成像與遠端監測之突破

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科技產業資訊室 - 卓乃瑜 發表於 2022年8月19日
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圖、微型超音波–即時成像與遠端監測之突破
 
美國麻省理工學院(MIT)機械工程研究所之研究團隊近日開發出一種微型超音波貼片(Bioadhesive ultrasound device, BAUS),如同郵票ㄧ般大小(長寬1-2mm、厚度3mm)的皮膚貼片,透過多層結構設計,可長時間(超過48小時)貼附在皮膚表面,進而獲得穩定連續的超音波即時高解析影像,此研究成果已於7月28日發表在Science期刊上。

近年來超音波成像裝置在微型化的演進上,透過探頭晶片、成像系統及軟體控制上的突破,從醫院內大型超音波診斷設備搭配不同用途探頭,藉由技術人員塗抹於皮膚表面的凝膠介質將超音波回聲信號轉為視覺圖像,逐步演變成可連接智能手機的手持式超音波儀,巧妙運用半導體製程將超音波感測器整合於單一探頭,可同時用於心臟、腹部、肌肉骨骼等不同部位的診斷上,大幅地降低成本與開啟未來結合雲端實現人工智慧的自動化分析。

MIT研究團隊研發之貼片型超音波探頭裝置(BAUS device),主要結構包含頂層的剛性超音波感測器陣列、底部的控制電路與外層的彈性體層。超音波感測器陣列由高密度及高性能壓電元件組成,並由頂部和底部電路層控制。外層的彈性體層可貼附皮膚,也是由兩層結構組成。彈性體層內層為由彈性體膜封裝的水凝膠層,水凝膠將作為超音波穿透介質,而彈性體層外層為塗佈著薄層生物黏附層(Bioadhesive layer),用於貼附於皮膚。

貼片型超音波探頭裝置透過光固化完成複合膠體製程與電路貼合後進行雷射切割與封裝,此封裝技術可以解決過往水膠體對環境敏感的不穩定性,降低因操作環境的溫溼度干擾,而能避免超音波訊號回波的偏移或跳動。此一多層且穩固的結構讓整個探頭與皮膚有牢固的附著力,並使探頭取像功能不受動態運動期間的皮膚形變而影響,能夠真實在皮表上長時間測量與收取超音波影像。

研究人員將此一超音波貼片,透過各種測試展現裝置黏附性與成像品質上的穩定度,如進行運動時藉由水凝膠彈性體黏合的強附著力,可連續取得皮下深層的組織即時影像,並藉由控制超音波頻率以獲取血管和心臟、肌肉和橫隔膜、胃和肺等不同部位的高解析度影像,期望未來能穩定傳輸連續的超音波影像至無線裝置上以實現遠端長時間監測的可能,並在不需要技術人員的情況下連續紀錄超音波即時影像。

此一嶄新設計將可能使超音波成像技術推展到能夠遠端長時監測或居家照護的用途,甚至監測腫瘤的進展及子宮內胎兒的發育等,目前研究團隊正朝向無線傳輸開發,如結合穿戴裝置以運用人工智慧演算法分析,也許未來能如Band-Aid一樣普及並易於取得。(958字;圖1)

 
參考資料:
MIT engineers develop stickers that can see inside the body. MIT News, 2022/7/28
Bioadhesive ultrasound for long-term continuous imaging of diverse organs. Science.2022/7/29

手持式超音波 掀診斷大革命。財訊,2017/12/13。


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