清華新聞網(wǎng)10月29日電 心血管疾病是全球第一大死因，據(jù)世界衛(wèi)生組織預(yù)測，到2030年將有約2360萬人死于心血管疾病，長期連續(xù)監(jiān)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(xiàn)一定程度的硬化而形成硬化斑塊，容易引發(fā)腦卒中危險，準(zhǔn)確判斷管腔狹窄程度是預(yù)警斑塊脫落和防治腦卒中最重要的方法之一，但當(dāng)前可持續(xù)監(jiān)測血管狹窄狀況的技術(shù)手段十分缺乏。基于光容積描記術(shù)或熱分析的技術(shù)只能提供相對的流量變化，探測深度很淺;而傳統(tǒng)的超聲設(shè)備體積大、材質(zhì)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(xù)監(jiān)測等缺點。

柔性多普勒超聲電子器件原理及結(jié)構(gòu)示意

　　針對以上問題，清華大學(xué)航天航空學(xué)院、柔性電子技術(shù)研究中心馮雪教授課題組研發(fā)了一種柔性壓電換能器陣列，通過集成1-3型壓電復(fù)合材料、蛇形導(dǎo)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(xiàn)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(shè)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(fā)射頻率影響探測深度及多普勒散射強(qiáng)度，研究者采用5MHz壓電換能器，以實現(xiàn)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(fā)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(xiàn)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(jìn)行校準(zhǔn)，提供血管截面內(nèi)血流速度的絕對值。臨床實驗表明，柔性多普勒超聲器件準(zhǔn)確地捕捉到志愿者頸動脈血流特征，其準(zhǔn)確性與商用彩超設(shè)備一致，并且可實現(xiàn)長期連續(xù)監(jiān)測，無需中途校準(zhǔn)。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(yuǎn)超過以光、熱為技術(shù)的傳統(tǒng)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(tǒng)探頭，對皮膚的壓強(qiáng)降低了2個數(shù)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(lǐng)域的巨大潛力。

　　10月27日，馮雪課題組與北京協(xié)和醫(yī)院楊愛明教授團(tuán)隊合作在《科學(xué)進(jìn)展》(Science Advances)期刊上發(fā)表了題為“用于血流速度監(jiān)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(xù)監(jiān)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(dá)到和臨床大型超聲設(shè)備相近的測量精度。該柔性超聲器件技術(shù)不但解決了在體表對深度血流信號長期監(jiān)測的難題，還可以與胃腸鏡、大腦等異型曲面自然集成，為復(fù)雜挑戰(zhàn)條件下的超聲成像和生命體征監(jiān)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(nèi)鏡等場景有重大應(yīng)用潛力。

　　清華大學(xué)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(shù)研究院副研究員付際、北京協(xié)和醫(yī)院副主任醫(yī)師馮云路為該工作提供了重要的設(shè)計和實驗支持，馮雪是論文通訊作者，楊愛明團(tuán)隊協(xié)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(xué)基金項目的資助。