手持式超声波探头：革新医疗诊断

工程7（2021）1505新闻亮点手持式超声推进诊断肖恩高级技术作家于二零二一年三月，总部位于美国伊利诺州芝加哥的医疗影像巨头GE Healthcare推出独立手持式超声波探头Vscan Air[1]，其最新及首个无线版本的日益复杂的与其他医疗技术的进步一样[2，3]，这些设备更小，更智能，并利用智能手机功能。曾经局限于笨重和昂贵的基于推车的机器，超声系统在过去十年中已经被改变，技术和商业上的竞争是小型化，使它们更便宜，更容易和更直观地使用。由此产生的手持式超声探头可直接插入智能手机或平板电脑，或与Vscan Air无线连接，并采用人工智能（AI）驱动的应用程序来提高图像质量和诊断信心。超声技术长期以来一直是医学中的一种关键工具，因为它为医疗保健专业人员提供了一个动态窗口，可以了解患者身体的内部运作，而且没有已知的副作用。它有无数既定的诊断和监测用途，从评估怀孕到检查心脏功能，指导针头放置，以及最近发现肺部感染冠状病毒病2019（COVID-19）手持设备的价格从几千美元到大约10000美元[4]不断增长，加上超声波除了通用电气医疗保健，超便携式系统可从一系列制造商，包括飞利浦，西门子，和一个干部的小公司。‘‘You are looking into the body as opposed to listening, feeling,and making educated guesses,” said Jonny Wilkinson, consultant inintensive care and anaesthesia at Northampton General Hospital威尔金森说，COVID-19大流行凸显了这些高度便携式系统的有用性，他培训其他人使用这些设备，并在互联网上发布最新型号的评论[6]。‘‘COVID-19 caused an explosion in interest in handheldAnjali Bhagra说，能够从床边看到病人的身体内部他是美国明尼苏达州罗切斯特市梅奥诊所的临床研究内科医生和医学教授。“当我是一个病人时，我不想让我的医生猜测。我希望他们得到最好的信息，他们需要作出一个好的决定，我的治疗。手持超声真的可以做到这一点。GE Healthcare 的 Vscan Air 设 计 用 于 无 线 连 接 到 Apple 或Android智能手机或平板电脑，每一端满足不同的成像需求，从而在单个设备中提供广泛的临床实用性与大多数超声系统一样，包括更昂贵的基于推车的系统，探头使用振动压电晶体将电力转化为声波。这种基于压电陶瓷的工程的一个显著例外iQ+，aFig. 1. (a)Vscan Air是GE Heavy的最新型号手持式超声系统，可与智能手机或平板电脑无线配对，充电90分钟即可连续扫描50分钟。设备顶部的曲线探头可以扫描（2探头尺寸为131 mm× 64 mm× 31 mm，重约205 g。（b）对于尺寸/便携性比较，高端，手推车-基于的系统是GE Healthcare Voluson超声单元。图片来源：（a）GE Healthcare，经许可;（b）公共领域。https://doi.org/10.1016/j.eng.2021.09.0012095-8099/©2021 THE CONDITOR.由爱思唯尔有限公司代表中国工程院和高等教育出版社有限公司出版。这是一篇基于CC BY-NC-ND许可证的开放获取文章（http://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0/）。可在ScienceDirect上获得目录列表工程杂志首页：www.elsevier.com/locate/engS.工程7（2021）15051506图二、（a）有线手持设备，Butterfly Network iQ+超声系统通过电线连接到智能手机。(b)在它的头部，该设备包含一个超声波发生硅芯片，包括一个二维阵列的9000微加工传感器（显示与探头的上壳删除）。该技术允许该单元模拟具有单个头部的线性和曲线探头。(c)医生在病人身上使用iQ+。图片来源：Butterfly Network，经许可。有线手持式探头，使用专有的硅芯片技术手持式超声系统已被证明在COVID-19大流行期间特别有用，因为患者可以快速评估肺部，而无需在医院周围移动它们，这降低了感染传播的风险，Yale Tung-Chen说，他是主治医生，Puerta deHierro医院内科超声科主任，西班牙马德里阿方索十世大学副教授在最近发表的一项针对51名疑似COVID-19患者的研究中，Tung-Chen及其同事发现，使用Butterfly iQ手持式探头进行检查与计算机断层扫描一样有效，可以识别与COVID-19相关的肺部异常变化[8]。其他研究表明，对于许多医疗程序，手持超声可以匹配使用更复杂，更昂贵的超声机器的标准实践。早在2011年，就在GE Healthcare推出其首款手持式Vscan模型一年后，一项急诊室研究表明，使用Vscan手持式设备进行的创伤评估与放射科医生使用标准机器进行的扫描具有良好的相关性[9]。如今，手持式超声在患者分类和监测方面的价值已得到广泛认可。‘‘If I can arrive at a diagnosis earlier and startthe required treatment, I might get someone out of the hospi- tal医生使用各种手持探头和智能手机应用程序来治疗患者确实引起了机构层面的关注。例如，大多数手持超声模型制造商提供的安全云存储并不总是与现有的医院图片存档和通信系统兼容。医院的管理人员可能会很谨慎，因为医生在一天结束的时候会把手机带回家 这是一个大问题，”威尔金森说。在连接较少，资源较少的环境中，手持设备已显示出将超声波的益处扩展到人群的潜力，否则这些人群可能会受到限制或缺乏。最近在一个资源匮乏的非洲急诊室对Butterfly iQ设备进行的一项试验发现，它是有效的，用途广泛[10]。然而，作者指出，尽管所有这些问题都是尽管它们很有用，但最新的手持系统在进入敌对或资源匮乏的地区时可能会出现困难，圣弗朗西斯科妇产科顾问皮帕·莱奇沃思说玛丽 就我的目的而言，探针需要更坚固，更容易掉落，不依赖于良好的连接，只是依赖于不时充电。Vscan Air在市场上的宣传是符合军用级跌落测试标准，旨在承受1米的跌落。就每次充电的扫描时间而言，无线手持探头的平均扫描时间约为一小时。在评论和研究文章中经常提到过热是一个可以缩短探头连续使用时间的问题。这并不奇怪，因为电池通常驻留在探头本身中，在无线型号的情况下总是如此人们普遍认为，由手持设备提供的图像质量不如用更昂贵的基于推车的系统获得的图像质量，基于推车的系统可以将大量的计算能力应用于图像处理并实时执行更大范围的分析。无论如何，对于许多应用程序，差异似乎并不重要。美国急诊医师学会2018年的一份政策声明将手持式超声图像的有用性此外，2019年对手持成像与高端超声进行比较的研究的系统综述然而，Bhagra例如，我们并不希望取代复杂的超声心动图，也不希望能够计算复杂的血流动力学。威尔金森说，与基于手推车的系统相比，手持设备的另一个好处是，它们启动迅速，没有复杂的设置程序需要处理。用户界面是广泛直观的，因为它们利用了现代智能手机的点击，滑动和捏。最新的系统使用复杂的软件和基于人工智能的功能，可以自动计算膀胱容量和射血分数（衡量心室每次心跳泵血情况的指标）等重要特征，并实时显示当前图像质量，提高经验不足的用户获得诊断相关图像的能力[13，14]。S.工程7（2021）15051507即便如此，用户体验是充分利用手持超声的关键因素，Tung-Chen说 这项技术推广的主要限制因素不是设备，而是如何有效使用它们的知识。Bhagra的部分工作涉及将超声技术融入医疗培训。她领导了一项试验，为梅奥诊所的所有一年级医学生提供个人手持超声设备[15]。“让我们的学生掌握护理点超声波是他们对技术的满意程度和学习使用它来做出正确决定的基础。”Bhagra说，幸运的是，这些系统有助于教学，这要归功于它们的可访问性和数字流图像的能力。你可以在扫描的同时进行教学，用现场教程演示护理点超声波。她预计手持超声将成为患者护理的核心：“技术的日益小型化和复杂化，以及数字化培训的能力;所有这些，以及结合人工智能诊断算法的潜力，将改变我们学习和实践医学的方式。引用[1] GE Healthcare推出Vscan Air，一种新的直观的无线手持超声[Internet]。芝加哥：GE Healthcare; 2021年3月16日[引用于2021年7月27日]。可从以下网站获得：https://www.ge.com/news/press-releases/ge-healthcare-unveils-vscan-air-a-new-intuitive-wireless-handheld-ultrasound。[2] 帕尔默角缩小的医疗设备也变得更智能。工程2021;7（1）：8-10.[3] 帕尔默角先进的设备减轻了糖尿病患者血糖监测的负担。 工程2021;7（5）：547-9。[4] Malik AN，Rowland J，Haber BD，Thom S，Jackson B，Volk B等，《手持式超声设备在急诊医学中的应用》。 当前急诊医院医学代表，出版中。[5] 放大图片作者：J.是时候在床旁体格检查中增加第五个支柱了：检查、触诊、叩诊、听诊和超声。JAMA Cardiol2018;3（4）：346-50。[6] Wilkinson JN，Saxhaug LM.培训中的手持式超声波-未来越来越小！ J IntensiveCare Soc 2021;22（3）：220-9.[7] Butterfly iQ+规格[Internet]. 吉尔福德：蝴蝶网络; c2021 [引用2021年7月27日]。可从以下网址获得：https://www.butterflynetwork com/specs.[8] Tung-Chen Y，de Gracia MM，Díez-Tascón A，Alonso-González R，Agudo-Fernández S，Parra-Gordo ML，et al.冠状病毒病患者胸部计算机断层扫描和肺部超声检查之间的相关性2019（COVID-19）。超声医学生物学2020;46：2918-26。[9] [10]李文，李文. 我们在急诊科的新听诊器：手持式超声。土耳其创伤急诊外科杂志2011;17（6）：488-92。[10] Burleson SL，Swanson JF，Shufflebarger EF，Wallace DW，Heimann MA，CrosbyJC等人，非洲急诊科新型手持式床旁超声设备的评价。超声J 2020;12：53。[11] 手持式/袖珍超声设备的适当使用标准[互联网]。欧文：美国急诊医师学会; 2018年7月[引用2021年7月27日]。可从以下网站获取：https://www.acep.org/patient-care/policy-statements/appropriate-use-criteria-for-handheldpocket-ultrasound-devices/。[12] 李文，李文，李文.手持式超声设备与高端超声系统的比较：一项系统综述。诊断学2019;9（2）：61。[13] Filipiak-Strzecka D ， Kasprzak JD ， Wejner-Mik P ， Szymczyk E ，Wdowiak-Okrojek K，Lipiec P.使用手持式超声设备的左心室射血分数的人工智能测量。超声医学生物学2021;47（4）：1120-5。[14] Baribeau Y，Sharkey A，Chaudhary O，Krumm S，Fatima H，Mahmood F，et al. 手持式床旁超声探头：新一代POCUS。JCardiothorac Vasc Anesth 2020;34（11）：3139-45.[15] Ireson M ， Warring S ， Medina-Inojosa JR ， Ann Glob Health 2019;85（1）：123.