作者：谭庆亭，王纪宸，孟颖，张华斌，清华大学北京清华长庚医院超声科

可穿戴超声技术通过微型化设计及柔性电子学创新，克服了传统超声设备体积庞大、操作复杂的局限性，具有超高便携及可持续性监测等优势，能在无创条件下开展长时程生理参数追踪，显著提升重症监护效率，或借助智能超声贴片通过靶向刺激增强抗肿瘤疗效，以及与人工智能（artificial intelligence， AI）结合实现精准健康评估及个性化医疗等。基于微机电系统（micro-electro-mechanical system， MEMS）的相控阵列超声传感器，可穿戴超声技术可在低功耗条件下实现深层组织三维动态成像；尽管存在生物相容性及数据安全等重大挑战，其应用前景有望伴随多学科交叉深入融合而愈加广阔。

1. 技术原理

1. 1　核心工作机制　

可穿戴超声设备超声波频率多为2～15 MHz，与临床传统超声设备频率范围相同，但通过微型压电传感器发射/接收声波信号。

1. 2　传感器系统构造　

传感器核心由超声换能器、信号处理模块及供能系统构成。压电微机械超声换能器（piezoelectric micro mechanical ultrasonic transducer，PMUT）的压电陶瓷与薄膜压电材料为换能器关键组件，其机电耦合效率直接决定设备灵敏度及分辨率。刚性结构传感器多用于高精度诊疗场景，柔性设计传感器通过贴合皮肤表面提升动态监测稳定性，而可拉伸构型传感器则适应人体运动形变以确保信号连续。当前趋向设计聚焦柔性/可拉伸微型化传感器，通过MEMS 工艺将其集成至智能贴片或穿戴设备，以捕获医用级别生理信号。

1. 3　信号处理与成像算法　

成像质量依赖高效信号处理技术。传统延迟与求和（delay and sum， DAS）算法信噪比低；延迟乘积求和（delay multiply and sum，DMAS）等新型算法通过加权处理显著提升图像分辨率与对比度，满足实时监测需求。引入深度学习（deep learning， DL）技术可进一步突破传统限制，通过卷积神经网络实现自动提取和识别超声图像特征并与病理学改变相关联，用于勾画肿瘤边界、分析血流动力学等具有临床潜力。

1. 4　关键技术突破　

1. 4. 1　技术集成与优化：　可穿戴超声技术的突破主要依赖于多技术融合与改进。微型化及柔性电子技术使超声设备体积缩小并集成于穿戴装置中，实现长期无创监测。利用蜂窝状超声贴片能多角度扫描乳腺组织，有助于筛查早期乳腺癌；利用MEMS 超声探头可在低电压下快速生成三维图像，提升成像效率。以高性能压电材料制成的传感器更为灵敏、稳定，应用范围更广，如可穿戴超声系统可精准聚焦肿瘤区域、促进癌细胞凋亡，为治疗癌症提供新的方法。算法革新与硬件微型化的协同发展、尤其AI 与超声相结合进一步拓展了可穿戴超声技术的应用范围；通过大数据分析能实时追踪生理变化、辅助精准医疗。

1. 4. 2　数据传输与处理技术：　可穿戴超声设备能通过无线通信技术实时传输数据至云端或移动终端，以支持远程监测、提升诊疗效率。机器学习（machine learning， ML）与DL 算法可快速识别超声图像中的异常区域，基于AI 在数秒内完成心脏结构评估，显著提高筛查心血管疾病效率。同时，可穿戴超声设备多采用加密技术与区块链存储，保护使用者隐私、防止信息泄漏，保障数据安全。

2. 临床应用

2. 1　动态监测心血管疾病　

可穿戴超声技术对于实时监测心脏功能及血流动力学等展现出巨大潜力。传统心血管监测方法依赖复杂设备及专业人员操作；而可穿戴超声设备相对便捷、可持续，能连续监测血流动力学参数，如左心室射血时间、脉搏波速度及血压，为诊断和治疗心血管疾病提供重要帮助；结合Doppler 超声技术可非侵入性实时测量心脏射血分数和血流速度，为管理心脏病患者提供客观依据；以无线Doppler 贴片分析颈动脉校正血流时间（corrected carotid flow time， ccFT）评估液体反应性的结果与经食管超声心动图（transesophageal echocardiography，TEE）结果的相关性达0. 89。

针对人体失血-复苏模型，利用可穿戴Doppler 超声贴片监测所获参数与每搏输出量高度相关，其多普勒休克指数（doppler shock index， DSI）用于评估中重度低血容量的受试者工作特征（receiver operating characteristic， ROC）曲线下面积（area under the curve， AUC）达0. 97。另一方面，可穿戴超声技术的灵活性及便携性使使用者的日常生活较少受到影响，有助于临床管理心血管疾病及提高治疗效果。

2. 2　评估肌肉骨骼　

可穿戴超声设备可用于评估肌肉厚度、硬度及运动状态，为运动康复、肌肉疲劳监测及人机交互提供技术支持。研究显示，利用时间延迟谱（time delay spectrometry， TDS）系统可实现6 cm 深度、0. 33 mm 分辨力的肌肉动态成像，其声辐射及热辐射测值均符合连续超声成像临床安全标准。实时超声成像（real-time ultrasound imaging， RUSI）生物反馈有助于显示胸大肌厚度变化、提升抗阻训练效果。通过实时监测肌肉及关节状态可更好地评估运动损伤严重程度，制定个性化康复计划。运动员可在训练及比赛期间接受基于可穿戴超声设备的监测，而不必担心其对运动表现产生负面影响。

2. 3　监测膀胱容量　

可穿戴超声设备能在不干扰使用者日常生活的情况下实时监测膀胱容量及压力变化；传感器偏移4. 5 mm 时，ML 辅助膀胱容量监测系统仍可保持较高准确率。推广应用可穿戴超声技术有望改善慢性膀胱疾病患者生活质量，并获得更为准确的监测数据。

2. 4　靶向治疗肿瘤　

超声对于辅助治疗肿瘤及监测疗效等具有巨大作用。基于可穿戴超声设备的声动力疗法（sonodynamic therapy， SDT）能有效且针对性地促进肿瘤细胞凋亡，减少对周围非瘤组织损伤。动物实验结果显示，采用共形超声贴片可通过声动力效应诱导小鼠乳腺癌细胞凋亡，使肿瘤体积缩小68%。

2. 5　神经调控　

超声技术通过调节超声波频率及强度实现非侵入性调节神经系统，减轻肿瘤患者疼痛症状、改善其生活质量。基于小鼠脑电图的闭环超声深部脑刺激（ultrasound deep brain stimulation， UDBS）系统可抑制其癫痫发作，缩短发作持续时间，将癫痫小鼠存活率从67. 57% 提升至88. 89%。

2. 6　人机交互辅助诊疗　

可穿戴超声技术对于提升人机交互体验具有高度潜力。将超声传感器集成于可穿戴设备中可实时监测使用者动作及生理状态，提升交互体验，如通过手势识别技术可控制医疗设备，调整超声探头参数、提升操作效率，为发展智能家居和健康监测设备提供了新的方向。

2. 7　其他　

可穿戴超声技术还用于腹主动脉瘤3D 建模及小动物超声心动图等领域。

3. 挑战

随着可穿戴超声技术的快速发展，其在医疗领域的应用潜力逐渐显现，但仍面临诸多挑战，主要包括设备稳定性与安全性、标准化评价及使用者接受度与舒适性等问题；而持续监测可能引发的隐私泄露风险及成本较高则制约其推广。

3. 1　设备稳定性与安全性　

可穿戴超声设备需兼顾长期使用的生物安全性与机械稳定性。研究表明，超声波持续作用可能引发皮肤热效应或机械损伤，需通过能量调控优化生物安全性。此外，柔性材料的耐久性仍是技术难点，环境温、湿度变化可能影响传感器性能，需要开发耐疲劳材料以提升设备可靠性。

3. 2　标准化评价　

目前缺乏统一的性能评估标准，导致不同设备在图像分辨率、监测精度等核心指标方面缺乏可比性，如现有研究对“图像质量”的量化标准存在差异显著。当前亟须建立涵盖硬件性能、软件算法及临床效能的综合评价体系，以为技术迭代提供基准。

3. 3　使用者接受度与舒适性　

设备舒适度直接影响使用者依从性。调查研究显示，45% 使用者因异物感而长期使用意愿降低。需平衡微型化与功能性以改进佩戴体验，如设备厚度、透气性、形态等参数均需符合人体工程学设计；同时通过科普教育增强公众对超声生物效应的认知，以建立技术信任基础。

4. 展望

4. 1　发展方向　

未来可穿戴超声技术将聚焦于三个方向：①优化柔性传感器，通过开发可拉伸、贴合的柔性传感器提升设备对人体动态的适应性，实现精准捕获复杂生理信号（如肌肉运动、血管搏动），推动慢性病管理革新；②多参数融合监测，集成超声与其他生物传感器（如心电、血氧）构建多模态监测系统，结合AI算法实现疾病风险预测与个性化治疗；③智能化与商业化，通过AI 算法自动解析数据并预警异常、减少医疗干预延迟，加速微型化技术、实现便携医疗产品转化，以满足居家健康监测需求。

4. 2　临床转化潜力　

利用可穿戴超声技术可突破传统超声操作壁垒，实现使用者自主佩戴与实时监测，显著提升乳腺病变、心血管异常等疾病的早期检出率；与5G、云平台结合，支持偏远地区远程问诊，尤其适用于长期管理老年慢性病（如心力衰竭）及降低医疗成本；通过靶向超声调控技术（如肿瘤SDT 治疗）拓展无创治疗新路径。

来源：谭庆亭,王纪宸,孟颖,等.可穿戴超声技术的发展与应用[J].中国介入影像与治疗学,2025,22(06):417-420.DOI:10.13929/j.issn.1672-8475.2025.06.011.