清華新聞網10月29日電 心血管疾病是全球第一大死因，據世界衛生組織預測，到2030年將有約2360萬人死于心血管疾病，長期連續監測血流速度對心血管疾病防治具有重要意義。例如，頸動脈在高血壓、高血脂等因素作用下往往會出現一定程度的硬化而形成硬化斑塊，容易引發腦卒中危險，準確判斷管腔狹窄程度是預警斑塊脫落和防治腦卒中最重要的方法之一，但當前可持續監測血管狹窄狀況的技術手段十分缺乏。基于光容積描記術或熱分析的技術只能提供相對的流量變化，探測深度很淺;而傳統的超聲設備體積大、材質剛性，存在固定困難、接觸變形大、無法與人體表面良好耦合和難以連續監測等缺點。

柔性多普勒超聲電子器件原理及結構示意

　　針對以上問題，清華大學航天航空學院、柔性電子技術研究中心馮雪教授課題組研發了一種柔性壓電換能器陣列，通過集成1-3型壓電復合材料、蛇形導線和低模量彈性硅膠，使得器件具備柔性與可拉伸性，可共形貼附于皮膚表面，與皮膚聲耦合良好，克服了現有超聲器件無拉伸性、無法與皮膚貼合、需要耦合劑等難題。多陣元設計有助于盡可能覆蓋待檢測的血管，確保超聲束穿過血流，減少手動操作，自動化尋找位置。超聲波發射頻率影響探測深度及多普勒散射強度，研究者采用5MHz壓電換能器，以實現對頸動脈血流具有最佳探測信噪比。

　　為了解決人體運動對多普勒發射角度帶來干擾等難題，研究者采用雙聲束多普勒方法，實現對血流速度矢量與聲束夾角的估計，對流速定量測量，這使得在血流速度測試前無需進行校準，提供血管截面內血流速度的絕對值。臨床實驗表明，柔性多普勒超聲器件準確地捕捉到志愿者頸動脈血流特征，其準確性與商用彩超設備一致，并且可實現長期連續監測，無需中途校準。實驗證實超聲的穿透性能使器件能夠檢測到至少25mm深的動脈血流，遠超過以光、熱為技術的傳統柔性電子器件探測深度。器件極低的重量使得其相比于傳統探頭，對皮膚的壓強降低了2個數量級(僅約15Pa)，避免了可能對患者造成的傷害，揭示了柔性器件在血管疾病等領域的巨大潛力。

　　10月27日，馮雪課題組與北京協和醫院楊愛明教授團隊合作在《科學進展》(Science Advances)期刊上發表了題為“用于血流速度監測的柔性超聲多普勒器件”(Flexible Doppler ultrasound device for the monitoring of blood flow velocity)的論文，報道了一種可實時連續監測血管血液流速的柔性多普勒超聲電子器件。該器件厚度僅1mm，重0.75g，可輕柔貼附于皮膚表面，并達到和臨床大型超聲設備相近的測量精度。該柔性超聲器件技術不但解決了在體表對深度血流信號長期監測的難題，還可以與胃腸鏡、大腦等異型曲面自然集成，為復雜挑戰條件下的超聲成像和生命體征監測提供了一條新途徑，在血栓形成、血管狹窄、卒中防治和超聲內鏡等場景有重大應用潛力。

　　清華大學航院博士生王峰樂為文章第一作者，浙江清華柔性電子技術研究院副研究員付際、北京協和醫院副主任醫師馮云路為該工作提供了重要的設計和實驗支持，馮雪是論文通訊作者，楊愛明團隊協助開展了項目的臨床試驗。該研究工作得到了國家自然科學基金項目的資助。