可穿戴超声设备的研究进展总结2026

可穿戴超声设备的研究进展总结2026借无电离辐射、实时成像、成本效益高等优势，成为临床无创诊断的核心工具。然而传统设备的刚性形态、操作依赖性与短时间断性，使其难以适配现代医疗对连续化、个性化、居家式健康监测的需求。近年来，可穿戴超声技术的突破，正推动这一局限的解决：从绑带式探头、黏贴式生物黏合设备，到可拉伸柔性阵列，设备形态的演进大幅提升了皮肤贴合性与佩戴稳定性，为长期监测创造了可能。本文梳理了三类主流可穿戴超声设备的技术路径与应用场景，并探讨其在心肺监测、肌肉评估、膀胱成像、神经调控及药物递送等领域的潜力。同时，也指出了当前技术在功耗控制、运动伪影校正、长期佩戴可靠性与临床转化等方面的核心挑战。未来，随着低功耗材料、人工智能辅助成像与多模态集成的发展，可穿戴超声有望成为连接临床诊断与居家健康管理的关键桥梁，推动预防式、去中心化医疗模式的落地。1.引言传统超声成像依靠超声探头将声波传入人体，声波在组织中传播，并在不同声阻抗的组织界面处形成反射回波。脉冲回波技术基于回波飞行时间与幅度差异，对反射信号进行实时处理，构建二维或三维解剖图像。此外，多普勒效应通过检测红细胞等运动散射体的回波频移，可实现血流速度测量。这些优势使超声成为无创医学诊断的核心技术，具备实时成像、无电离辐射、便携性优于磁共振成像（MRI）、成本效益高等特点，广泛应用于生物医学领域。尽管优势显著，传统超声系统仍存在明显局限，难以融入以连续化、个性化监测为核心的现代医疗体系。常规超声探头通常笨重且刚性，需手持操作并连接大型后端系统，图像采集与解读高度依赖操作人员，需专业技师规范操作。这会带来检测结果的差异性，在资源有限或偏远场景中可及性低，且检查仅能在临床环境中短时、间断开展。上述局限推动了可穿戴超声设备的研发，该设备可实现连续、无需人工操作的监测，是实时诊断的关键。设备可贴合皮肤表面、无需手动定位，在不影响患者活动、无需专业人员操作的前提下，长期追踪生理参数，支持疾病进展的主动干预与居家护理。近年来，可穿戴超声技术发展迅速，从早期柔性探头，到可拉伸阵列、生物黏合集成、柔性互联与自主运行等方向均取得突破。本文综述设备结构、制备工艺、成像模式与生物医学应用的变革性进展，探讨当前挑战及临床转化、多模态功能的未来方向。2.先进可穿戴超声设备分类根据力学性能、贴合性与穿戴方式，可穿戴超声设备主要分为三类：绑带式、黏贴式、可拉伸式。该分类体现了传统技术向完全柔性、皮肤贴合型设备的演进，各类设备在成像性能、佩戴舒适度与耐用性上各有取舍。2.1绑带式可穿戴超声设备绑带式设备通常集成微型化传统探头，采用高密度压电元件或电容式微机械超声换能器（CMUT），基底为印刷电路板等，通过柔性绑带实现穿戴。该设计保留优异声学性能，包括空间分辨率高、带宽宽、波束成形稳定，得益于优化的声学叠层与稳定的元件定位。但高密度探头的刚性限制了其与弯曲或动态形变体表的适配性，常需额外声学耦合凝胶，且易受运动伪影影响。Zeng等人开发了可穿戴超声阵列绑带（WUAB），用于小型哺乳动物模型实时超声心动图检测。设备将刚性20MHz1-3型复合锆钛酸铅（PZT）阵列集成于柔性印刷电路板（FPCB）绑带，适配小型啮齿动物。通过左心室B超图像追踪心室尺寸变化，提取M型图像评估心动周期机械活动。Vostrikov等人报道了超低功耗可穿戴超声（WULPUS）系统，同步实现超声心动与呼吸监测。系统采用2.25MHz、8通道刚性探头，通过胸带固定于胸骨旁窗，由A型扫描生成M型图像，提取呼吸引发的散射体运动信息。尽管具备上述功能，佩戴性与力学稳定性仍存局限，线性阵列探头相比可拉伸方案难以进一步微型化。肌肉监测方面，Yang等人提出多通道A型可穿戴超声系统（WMAUS），将8个微型刚性PZT探头通过定制臂带环绕前臂布置。刚性复合材料与优化匹配层可实现高激励脉冲与优异探测深度，短脉冲提升轴向分辨率，有效检测肌肉形态与形变，用于假肢控制与临床康复。但刚性探头与前臂自然轮廓贴合性、稳定性不足，长时间使用易出现设备移位、信号衰减与不适感。2.2黏贴式可穿戴超声设备黏贴式设备将水凝胶、聚二甲基硅氧烷（PDMS）等黏贴基底与刚性/柔性薄膜压电材料结合，实现牢固皮肤黏附与适度曲面贴合。相比刚性系统，该方案改善皮肤接触、减少凝胶需求、提升长期佩戴舒适度。尽管基底柔顺性会轻微影响声学效率，近期声学匹配层与背衬层的优化已显著缓解该问题。Wang等人开发生物黏合超声设备（BAUS），将高密度刚性压电阵列与柔性生物黏合水凝胶耦合层结合。薄型耦合层以聚丙烯酰胺-壳聚糖互穿聚合物网络为核心，外包弹性体膜并涂覆生物黏合层，黏附力强、长期稳定性好。但受间距引发的栅瓣、无高程聚焦导致的高程分辨率差等问题限制，成像质量与探测深度受限。张等人设计柔性膀胱超声贴片（cUSB-Patch），用于实时膀胱容积成像。贴片将5个独立一维相控阵局部刚性单元嵌入柔性硅胶黏贴橡胶，整体可弯曲、皮肤接触稳定、耐受大幅力学形变，无需手动旋转即可实现宽多轴视野，完成全器官成像。长期神经调控应用中，Tang等人开发微型化生物黏合耦合超声换能器（MiniUlTra）。设备采用PZT与PDMS空气腔菲涅尔声学透镜（ACFAL）制备650kHz自聚焦声学换能器（SFAT），实现高空间分辨率与声强聚焦。生物黏合耦合层加入2-丙烯酰胺基-2-甲基丙磺酸（AMPS）与甘油，实现设备牢固黏附，稳定靶向初级躯体感觉皮层（S1）。3.当前局限与未来展望可穿戴超声已在健康监测领域取得显著进展，但多项技术与转化挑战仍制约其临床广泛应用。功耗偏高：连续深部组织成像能耗大，需大容量供电，在监测时长、后端连接与便携性之间难以兼顾。成像质量受限：柔性超声探头在剧烈运动时发生显著形变，导致探头位置与视野不可预测偏移，引入相位畸变、降低波束成形精度、劣化整体成像性能。尽管人工智能可用于伪影校正，实现稳定临床级分辨率（尤其多维、深部应用）仍有难度。长期佩戴性不足：材料疲劳、压电性能衰减、生物黏合界面可能引发皮肤刺激等问题，长期佩戴的稳定性尚未得到验证。未来研究方向：低功耗与供能：研发低功耗探头、人体运动能量采集、智能电源管理，实现皮肤表面长时间工作。材料创新：抗疲劳压电复合材料、自适应封装材料、高性能生物黏合剂，提升耐用性与长期舒适度。多模态与AI融合：多模态传感结合AI诊断，提升分辨率、减少伪影、实现数据驱动的预测分析。产业化与合规：标准化、规模化制造、性能优化、简化监管路径，加速临床转化、个性化监测与全球医疗应用。未来生物医学应用中，可穿戴超声设备将持续优化设计与制造，重点应用方向包括：连续居家监测：突破传统超声依赖操作人员、局限于临床场景的限制，实现心脏、肺、血压、肝脏等内脏结构与功能的长期评估，无创连续监测助力疾病早筛、实时评估与远程健康管理，拓展预防式、去中心化医疗的边界。声学神经调控：超声介导神经刺激可无创、空间精准调控神经环路，理论上无需手术植入即可诱发神经元响应。高频可穿戴超声理论分辨率可达50–70μm，远超传统电刺激，支持长期或可编程刺激，为神经调控开辟新路径。深部组织探测：相比光学、电学可穿戴技术，超声可穿透厘米级生物组织，动态可视化心血管力学、器官运动、内脏生理过程，将轻薄穿戴形态与深部解剖信息结合，成为下一代生理监测的核心技术。药物递送：治疗层面，可穿戴超声可实现局部药物递送，通过声空化效应增强经皮与组织特异性药物渗透，结合可穿戴系统实现程序化递送与给药，拓展皮肤科、疼痛管理、全身治疗等领域应用。AI与智能系统集成：可穿戴超声结合人工智能与智能控制系统，AI算法可校正运动伪影与信号波动，实现图像自动重建与解读，提供自适应、个性化治疗反馈。综上，可穿戴超声技术将成为集连续成像监测、神经调控、靶向治疗、智能系统于一体的多功能平台，重新定义诊断成像与实时生理干预的边界。4.结论可穿戴超声设备