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【醫療科技】MIT研超聲波貼紙 提供48小時器官成像

10:00 2022/09/03

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整塊超聲波貼紙,面積為2平方厘米、厚3毫米,約是一張郵票的大小。(MIT)

超聲波成像是常見的醫療檢測技術,能幫助醫生了解病人器官的運作狀況。不過,這套技術需操縱探頭(Probe)將超聲波導入身體,因此對操作員的技巧有一定要求。

美國麻省理工學院(MIT)的研究團隊開發了一種超聲波貼紙,只需貼在皮膚上,即可對器官進行連續48小時實時成像。

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傳統超聲波成像的做法,首先需將水凝膠塗抹在檢測者的皮膚上,這有助產生傳輸超聲波的作用。然後,醫護人員會把探頭壓在凝膠上,將聲波送入檢測者體內,接着身體內部結構會產生回聲並反射至探頭,回聲訊號就會被轉化為視覺圖像。

可防水凝膠變乾

進行產科胎兒檢查時,通常會以超聲波成像獲取子宮內胎兒的影像,一般只需十多分鐘就可完成掃描。但當診斷其他器官的腫瘤狀況時,可能需要更長時間,這就難以靠人手長期操縱探頭。面對這種情況,有些醫院或會採用機械手臂固定探頭,但這始終不及人手操縱般靈活,結果反而會降低圖像質量。

另一方面,水凝膠也會隨時間流逝而脫水變乾,所以進行較長時間的超聲波成像時,需要不斷重新塗抹,否則會影響超聲波的傳輸作用。

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為解決這些難題,MIT機械工程教授趙宣和與團隊開發了一種新型超聲波貼紙,當貼在皮膚後,即可提供48小時內臟器官的連續超聲波成像。

該超聲波貼紙由兩部分組成,底部黏合劑層用於黏附在皮膚上,而頂層則黏附在由數百個微小超聲波傳感器組成的剛性換能器(transducer)陣列上。整塊超聲波貼紙,面積為2平方厘米、厚3毫米,約是一張郵票的大小。

通過將黏合劑層與剛性換能器陣列配對,就可以在更長時間內,連續產生出高分辨率的圖像。這種組合使設備能夠貼合皮膚,同時保持傳感器的相對位置,產生更清晰、更精確的圖像。

此外,黏合劑層是由兩層薄薄的彈性體製成,中間則包裹着一層固體水凝膠,這種水凝膠是一種水基材料,可輕鬆傳輸聲波。彈性體則可防止水凝膠脫水變乾,適合較長時間進行超聲波成像。趙宣和表示,只有當水凝膠高度水合(highly hydrated)時,聲波才能有效地穿透,並提供內部器官的高分辨率成像。

實時監測器官變化 早預警

研究人員對志願者進行了一系列測試,把超聲波貼紙貼在身體的各個部位,包括頸、胸、腹和手臂,並在屏幕觀察他們進行不同活動時,各個器官的實時變化。

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測試結果表明,超聲波貼紙能夠進行多方面的成像,包括坐着和站着時血管直徑的變化、心臟在運動時怎樣改變形狀、喝果汁時胃部如何膨脹和收縮,以及舉重時肌肉的狀況等。

趙宣和認為,這技術能以前所未有的方式,為人類提供超聲波成像方面的巨大潛力。他舉例:「通過實時監測成像,可觀察到人們在舉重時的肌肉變化,當發現肌肉發出明亮圖案時,表明存在暫時性的微損傷,因此能通知對方何時應停止運動,以免受傷。」

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記者:陳卓賢

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