背景
在外科和危重患者中，心功能的持续监测对于发现心功能障碍和管理心血管疾病至关重要。然而，现有的非侵入性方法很难实时测量心血管健康，要么是因为设备体积庞大，要么是因为可穿戴设备只能检测皮肤上的信号。
关于研究
在本研究中，一组研究人员设计了一种使用液态金属复合电极、压电换能器阵列和三嵌段共聚物封装的可穿戴超声设备。为了避免旋转超声探头以获得提供心脏全面图像的两个正交方向的需要，该设备被设计为提供不同视图的正交配置。
在考虑空间分辨率和穿透深度的同时，选择3 MHz的中心共振超声频率用于深部组织成像。共晶镓铟液态金属和苯乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯(SEBS)用于构建多层、高密度、可拉伸的电极，使器件紧凑。此外，每个压电换能器元件包括各向异性的1-3压电复合材料与银环氧基衬底层耦合。
用于评估图像质量的五个指标包括轴向、高程和横向特殊分辨率、轴向和横向定位精度、信噪比、对比度-噪声比和动态范围。通过对单聚焦、平面波和宽波束复合的比较，分析了提高成像质量的发射波束形成策略。此外，还研究了接收波束形成策略，以进一步提高图像质量。
采用宽波束复合方法分析了器件的特殊分辨率，并对器件的对比度噪声比和动态范围进行了评价。将该装置的性能与商用超声心动图装置进行了比较。此外，可穿戴设备的性能也在运动过程中进行评估，方法是将其连接到一名受试者身上，该受试者从仰卧位开始，在固定自行车上进行多次间歇运动，直到达到最大心率。评估每个试验阶段的左室内径、收缩末期和舒张末期(LVIDs和LVIDd)。
此外，应用深度学习神经网络从实时图像中获取左室容积数据。这些信息对于确定潜在的危险因素和心脏泵血能力的变化至关重要。
结果
结果表明，通过可穿戴超声设备对心脏功能的准确监测有了实质性的改善。宽带宽、低介电损耗、增加机电耦合和几乎零串扰确保了该器件具有优异的机电性能。该器件的杨氏模量与人体皮肤的杨氏模量相当，并结合了增加的拉伸性。该设备能够与皮肤保持密切接触，这在现有的超声波设备中是很难做到的。
当可穿戴设备与商用超声心动图设备进行比较时，两种设备的结果之间的差异可以忽略不计。研究人员还报告说，可穿戴设备允许运动模式图像的机械活动与超声心动图相关联。
现有超声程序不足的一个领域是压力超声心动图，因为只有在剧烈运动前后才能获得数据。在快速恢复的情况下，运动过程中的病理反应可能会被忽略。使用液态硅代替传统的水基凝胶，在超声过程中蒸发，确保图像质量稳定。受试者佩戴该设备24小时后无过敏或皮肤刺激报告，且设备温度保持稳定。多名受试者佩戴相同设备的相似结果也确保了性能的稳定性和可靠性。
此外，使用深度学习神经网络从连续图像中提取的左心室容积数据显示出与从商业成像设备中获得的数据相似的波形。
结论
总的来说，这些结果表明，可穿戴超声设备可以成为心脏危重患者实时监测心脏功能的重要工具。此外，紧凑的尺寸，运动时的稳定性，以及设备与人体皮肤之间的改进耦合使其成为检测应力超声心动图中心脏反应变化的潜在关键工具。
