當(dang)患(huan)者接受小腸(chang)切(qie)除手(shou)術後(hou)，醫(yi)生(sheng)最擔憂的(de)便(bian)是(shi)腸(chang)道動(dong)力障礙等(deng)並發癥(zheng)。傳統監測手(shou)段如CT、MRI雖成像(xiang)清(qing)晰(xi)，但(dan)成本(ben)高昂且(qie)無(wu)法(fa)頻(pin)繁使(shi)用；而(er)普(pu)通超(chao)聲又(you)因腸(chang)道組織(zhi)反(fan)射(she)微(wei)弱難(nan)以捕(bu)捉有(you)效信(xin)號(hao)。如何實(shi)現(xian)安全(quan)、長期的(de)術後(hou)監(jian)測？華(hua)中科技大(da)學(xue)集成(cheng)電路(lu)學(xue)院臧(zang)劍(jian)鋒、唐(tang)瀚(han)川(chuan)團隊的(de)最新(xin)突破(po)給(gei)出了答(da)案(an)。

研究(jiu)成果以“Biodegradable ultrasound contrast tape for tracing intestinal motility"為題發表在《Nature Communications》上(shang)，成功(gong)研(yan)制(zhi)可生(sheng)物(wu)降(jiang)解(jie)超聲造影膠(jiao)帶(dai)（BioUCT），第(di)壹作(zuo)者為華(hua)中科技大(da)學(xue)博(bo)士(shi)畢業(ye)生(sheng)田野(ye)、楊月瑩(ying)、華(hua)中科技大(da)學(xue)同(tong)濟醫(yi)學(xue)院附(fu)屬同(tong)濟醫(yi)院(yuan)博(bo)士(shi)後王佳(jia)鑫，通訊作(zuo)者為臧(zang)劍(jian)鋒教授(shou)、唐(tang)瀚(han)川(chuan)副(fu)教(jiao)授(shou)。

這(zhe)款(kuan)柔軟(ruan)僅(jin)1毫(hao)米(mi)厚的(de) “智能膠帶(dai)"采(cai)用摩方精(jing)密面投(tou)影(ying)微(wei)立(li)體(ti)光(guang)刻(ke)(PμSL)3D打印技術（nanoArch® S140，精(jing)度：10μm）加(jia)工(gong)模(mo)具後，經(jing)水凝(ning)膠翻(fan)模(mo)制備(bei)而(er)成(cheng)。它能像(xiang)創(chuang)可貼壹樣牢固(gu)貼合在腸(chang)道表面，通(tong)過(guo)內(nei)部設(she)計(ji)的(de)周期性(xing)微(wei)氣囊結構(gou)，將超(chao)聲波(bo)反(fan)射(she)率(lv)提(ti)升(sheng)至(zhi)90%以(yi)上(shang)，使(shi)腸(chang)道在(zai)超(chao)聲圖(tu)像(xiang)中亮(liang)度顯(xian)著(zhu)提(ti)高(gao)40dB（相當(dang)於回波(bo)信(xin)號(hao)幅(fu)度提(ti)升(sheng)約(yue)1萬(wan)倍(bei)）。

圖(tu)1. 用於超(chao)聲對(dui)比成像(xiang)的(de)BioUCT設(she)計(ji)。

技(ji)術突破(po)

①革命性(xing)成(cheng)像(xiang)性(xing)能(neng)：從“看不見"到(dao)“高(gao)清追蹤"

通過(guo)周(zhou)期性(xing)微(wei)氣囊設計(ji)，BioUCT在(zai)體(ti)外測試的2MHz超(chao)聲下實(shi)現(xian)57dB頻(pin)譜(pu)信(xin)號(hao)增幅(fu)（較(jiao)普(pu)通水凝(ning)膠），在(zai)實(shi)際(ji)動(dong)物(wu)實(shi)驗(yan)中將(jiang)B超(chao)圖(tu)像(xiang)亮(liang)度提(ti)升(sheng)30dB，使(shi)腸(chang)道輪(lun)廓(kuo)清晰顯(xian)現(xian)（圖(tu)2b）。時/頻(pin)域分析(xi)顯(xian)示(shi)其回聲強度遠超(chao)軟(ruan)組織(zhi)（圖(tu)2a），解(jie)決了腸(chang)道超(chao)聲的(de)信(xin)噪比受腸(chang)道“弱(ruo)反(fan)射(she)"限(xian)制的(de)核(he)心(xin)痛(tong)點。

在50%拉(la)伸及(ji)90°彎曲(qu)狀(zhuang)態(tai)下（模(mo)擬腸(chang)道蠕(ru)動(dong)），B超(chao)/M超(chao)成像(xiang)亮(liang)度波(bo)動(dong)<5%（圖(tu)2f），相位(wei)監測波形(xing)穩定（圖(tu)2g），確(que)保(bao)動(dong)態(tai)監(jian)測可靠(kao)性(xing)。

探(tan)頭(tou)在(zai)深(shen)度(du)（5-25cm）、角度（±30°）、水平位移(yi)（±20mm）變(bian)化(hua)時，圖(tu)像(xiang)亮(liang)度標(biao)準(zhun)差<1.5dB（*n*=3），適配(pei)臨(lin)床操(cao)作(zuo)誤(wu)差。

圖(tu)2. BioUCT的(de)超(chao)聲對(dui)比成像(xiang)性(xing)能(neng)。

② 智能生(sheng)物(wu)適配(pei)：像(xiang)“第(di)二層生(sheng)物(wu)表皮(pi)"壹樣工(gong)作(zuo)

離(li)體(ti)豬腸(chang)實(shi)驗(yan)證(zheng)實(shi)，BioUCT與(yu)腸(chang)壁(bi)界(jie)面韌(ren)性(xing)達200 J/m²（相當(dang)於外(wai)科縫合強度），48小時內粘附(fu)穩定性(xing)>95%（圖(tu)3b）。拉(la)力測試中可承(cheng)受10N以(yi)上(shang)牽拉(la)（圖(tu)3a），遠超(chao)腸(chang)道蠕(ru)動(dong)產生(sheng)的(de)生(sheng)理(li)應(ying)力（通常<2N）。

通過(guo)調節PVA/CMC水凝(ning)膠結(jie)晶度，實(shi)現(xian)10%-90%的可控(kong)降(jiang)解(jie)速率（120天(tian)內），且(qie)降(jiang)解(jie)過(guo)程(cheng)中楊(yang)氏模(mo)量保(bao)持15-35kPa（圖(tu)3g），始(shi)終匹(pi)配(pei)軟組織(zhi)力學(xue)特(te)性(xing)，避免器(qi)官損(sun)傷。

圖(tu)3. BioUCT的(de)離(li)體(ti)展示。

③ 離(li)體(ti)驗(yan)證(zheng)臨(lin)床價(jia)值(zhi)：動(dong)態(tai)追(zhui)蹤不再是(shi)難(nan)題

貼附(fu)BioUCT的離(li)體(ti)豬腸(chang)在(zai)B超(chao)圖(tu)像(xiang)中亮(liang)度提(ti)升(sheng)33dB（圖(tu)3c），相當(dang)於將(jiang)傳統超聲的(de)“模(mo)糊陰影"變(bian)為“高(gao)清影像(xiang)"。M超(chao)動(dong)態(tai)成(cheng)像(xiang)成(cheng)功(gong)捕(bu)捉模(mo)擬腸(chang)蠕(ru)動(dong)軌(gui)跡(ji)（圖(tu)3d），為量(liang)化腸(chang)道運動(dong)提(ti)供(gong)新(xin)工(gong)具。

在豬心(xin)、胃(wei)等(deng)器官同(tong)樣實(shi)現(xian)>30dB亮(liang)度提(ti)升(sheng)，證(zheng)實(shi)技(ji)術可擴展性(xing)。

圖(tu)4. BioUCT的(de)生(sheng)物(wu)相容性(xing)。

應(ying)用場(chang)景(jing)

在(zai)對(dui)豬腸(chang)道蠕(ru)動(dong)幅(fu)度監(jian)測的驗(yan)證(zheng)實(shi)驗(yan)中，操(cao)作(zuo)人員(yuan)通(tong)過(guo)臨(lin)床通用的超(chao)聲成(cheng)像(xiang)設(she)備(bei)成(cheng)功(gong)追蹤到(dao)服(fu)藥(yao)前(qian)後(hou)腸(chang)蠕(ru)動(dong)幅(fu)度的(de)變(bian)化(hua)（3.13mm→7.59mm）。該(gai)技(ji)術(shu)未(wei)來(lai)可結合可穿戴(dai)超(chao)聲設(she)備(bei)，實(shi)現(xian)患者居家監測，特(te)別適用於：

圖(tu)5. 通(tong)過(guo)BioUCT進行(xing)活(huo)體(ti)動(dong)物(wu)腸(chang)道運動(dong)監(jian)測。

總結

文章(zhang)提(ti)出(chu)的(de)BioUCT解(jie)決了植(zhi)入式器件(jian)“軟硬(ying)不可兼得(de)"的難(nan)題——既要(yao)足(zu)夠(gou)柔軟(ruan)以(yi)貼合器官，又(you)要(yao)高效反(fan)射(she)超(chao)聲波(bo)。本(ben)文的(de)全(quan)水凝(ning)膠設(she)計(ji)實(shi)現(xian)了兩(liang)者平衡。該(gai)技(ji)術(shu)平(ping)臺(tai)還(hai)可拓展至胃(wei)部、膀胱(guang)等(deng)器官監(jian)測，並與(yu)智能水凝(ning)膠結(jie)合，未來(lai)有(you)望實(shi)現(xian)對(dui)體(ti)內pH值(zhi)、炎癥(zheng)因子等(deng)指(zhi)標的(de)超(chao)聲可視化(hua)監(jian)控(kong)。