《现代测试技术》课程作业
可穿戴式心脏超声成像阅读总结
姓
名：
指导教师：
学
号：
所在学院：
时
吕恺
金江明
恺
明
211122020068 8
机械工程学院
间： 2023 年 4 月 10 日
一、介绍
心脏功能的连续成像对于评估长期心血管健康、检测急性心脏功能障碍以及管理危
重或外科患者至关重要。然而，传统的非侵入性心脏功能成像方法受到设备体积的限制，
现有的可穿戴心脏设备只能捕捉皮肤上的信号。在这项研究中，作者报告了一种可穿戴超
声设备，用于连续、实时和直接的心功能评估。他们在设备设计和材料制造方面引入了创
新，改善了设备和人体皮肤之间的机械耦合，使左心室能够在运动过程中从不同的角度进
行检查。他们还开发了一个深度学习模型，该模型可以从连续图像记录中自动提取左心室
容积，产生关键心脏性能指标的波形，如射血容量、心输出量和射血分数。
二、设备设计和材料制造
该装置具有压电换能器阵列、液态金属复合电极和三嵌段共聚物封装。该装置基于苯
乙烯-乙烯-丁烯-苯乙烯（SEBS），为了提供心脏的全面视图，该装置采用正交配置设计。
每个换能器元件由各向异性 1-3 压电复合材料和基于银环氧树脂的背衬层组成。为了平衡
穿透深度和空间分辨率，作者选择了 3MHz 的中心共振频率进行深层组织成像。
为了在这样一个紧凑的阵列中单独处理每个元件，作者基于共晶镓铟液态金属和 SEBS 的
复合材料制造了高密度多层可拉伸电极。该复合材料具有高导电性，并且易于成型。搭接
剪切测量表明，换能器元件和 SEBS 基底之间的界面结合强度约为 250kPa，换能器元件与
复合电极之间的界面粘合强度约为 236kPa，这两种强度都比典型的商业粘合剂强。所得
电极的厚度仅为约 8μm。同样由复合材料制成的电磁屏蔽可以减轻环境电磁波的干扰，
从而降低超声射频信号中的噪声，提高图像质量。
该器件具有优良的机电财产，这是由其高机电耦合系数、低介电损耗、宽带宽和可忽略的
串扰决定的。整个装置具有 921kPa 的低杨氏模量，与人体皮肤模量相当。该装置表现出
高达约 110%的高拉伸性，并且能够承受各种变形。这些机械财产使可穿戴成像仪能够在
大面积上与皮肤保持紧密接触，这对刚性超声设备来说是一个挑战。
三、深度学习模型
作者开发了一个深度学习模型，该模型可以从连续图像记录中自动提取左心室容
积，产生关键心脏性能指标的波形，如搏出量、心输出量和射血分数。该模型是在使用可
穿戴超声设备捕获的图像的大型数据集上进行训练的。作者报告称，深度学习模型产生了
高度准确的结果，并且在心脏功能评估方面优于现有算法。
四、结论
总之，作者报告了一种可穿戴超声设备，用于连续、实时和直接的心功能评估。该
装置采用压电换能器阵列、液态金属复合电极和三嵌段共聚物封装，并建立在 SEBS 上。
作者介绍了装置设计和材料制造方面的创新，改善了装置与人体皮肤之间的机械耦合，使
左心室能够在运动过程中从不同角度进行检查。作者还开发了一个深度学习模型，该模型
可以从连续图像记录中自动提取左心室容积，从而产生关键心脏性能指标的波形，如中风
量、心输出量和心电图。