近日，数理医学院可穿戴超声团队在 Science 旗下子刊 Science Advances 上在线发表高水平研究论文“Synchronous wearable ultrasound for early detection of coronary and carotid artery comorbidity”，该研究由数理医学院陈康副教授担任第一通讯作者，学院徐昊教授、李亚和葛新洋老师为共同第一作者，温建明教授和孔德兴教授为共同通讯作者。研究得到国家自然科学基金、浙江省自然科学基金等多个项目资助。

心血管疾病是全球首位死因，而冠状动脉疾病（CHD）与颈动脉疾病（CAD）作为动脉粥样硬化的两大主要表现，常在同一患者身上并存。临床数据显示，约四分之一的冠心病患者合并有显著性颈动脉狭窄，而颈动脉病变者中冠心病的患病率可高达86%。然而，当前诊疗路径却将两者割裂对待：冠脉依赖有创造影，颈动脉多用多普勒超声，且大多在静息状态下、症状出现后才进行，不仅延误干预时机，更无法捕捉运动负荷下才暴露的病理信号。

针对这一长期被忽视的临床痛点，数理医学院可穿戴超声团队联合金华市中心医院等多家机构，提出一套跨器官同步可穿戴超声系统。该系统通过两枚定制化超声贴片、同步成像策略、AI智能化分析以及血液循环力学模型，首次实现对心脏与颈动脉功能的连续、协同监测，并能在运动应激下评估共病风险，为心血管疾病的早期预警和长期管理开辟了新路径。该研究的主要意义和创新之处如下。

所提出同步可穿戴超声成像策略

1、实现从“静态分检”到“动态耦合”跨越

传统影像学检查如同“盲人摸象”，各自独立评估单一血管床，缺乏时间上的同步性和生理上的关联性。研究团队设计的同步策略，让受试者在功率自行车分级运动负荷下，同时佩戴于胸骨旁（心脏）和颈部（颈动脉）的超声贴片以15~20 Hz的帧率交替采集图像，两路数据间的时间偏移仅约2.5毫秒，几乎等同于实时同步。这一设计确保了运动中心率飙升时，心脏收缩与颈动脉搏动波形在时间轴上准确对齐，为后续耦合分析提供了可靠的数据基础。

2、实现可穿戴超声贴片自主设计与同步成像方法高度融合

为适应不同解剖窗口，团队分别研制了中心频率3 MHz的心脏贴片和4.5 MHz的颈动脉贴片。两者均采用1-3压电复合材料、双匹配层和高阻尼背衬，实现了60%以上的带宽和优于-34 dB的串扰抑制。尤为关键的是，贴片即便贴合于弯曲皮肤表面也能维持阵列平整，避免了柔性形变引起的波束形成误差。配合医用胶带固定，可长时间连续佩戴，且在剧烈运动中保持稳定成像，未观察到皮肤刺激或温升超标。

心脏-颈动脉同步可穿戴超声成像

3、实现AI赋能特征自动化提取

从动态影像中高效提取临床参数，是系统落地的另一核心环节。团队基于MTANet和nnU-Net构建了双重深度学习框架：心脏模块可自动分割左心室，计算舒张末期容积、收缩末期容积、每搏输出量、射血分数及心输出量，与商用超声（Philips EPIQ 7C）对比，误差控制在5%以内；颈动脉模块则追踪管壁运动，提取直径变化、圆形度、位移并推算连续血压波形。所有指标均可逐帧输出，形成时间序列，为模型驱动分析提供输入。

4、建立血液循环模型，将数据转化为病理判别

单纯的影像指标不足以直接判定共病，团队因此建立了耦合0D和1D的人体血液循环模型。以实测心率和心室容积驱动模型，可同步输出颈动脉血压、血管直径和每搏输出量等虚拟波形。在健康志愿者中，模型预测与实测值高度吻合。随后，研究者向模型中引入病理参数，颈动脉狭窄50%或70%，以及心肌顺应性降低10%或20%，并分别对3名确诊患者（CAD、CHD及共病各1例）进行验证。结果显示，采用健康参数的模型输出与患者实测数据明显偏离，而匹配相应病理参数的模型则能较好重现患者实际波形。这表明，通过模型拟合反向估计病生理参数具有可行性，有望无创地提示潜在的共病状态。

下一步，学院团队将同步策略拓展至多器官（如肾-肝、脑-血管）交互监测，并推动设备的小型化与智能化，最终实现日常生活中的无感化主动健康管理。

此研究获得Science Advances官方twitter（X）推文以及多个超声领域公众号发布。

编辑：武艳