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一、从数据可穿戴到智能健康：超声技术的跃迁起点
过去十年，可穿戴设备经历了从运动监测到健康管理的技术演进。智能手表、血氧环、健康贴片等产品虽已普及，但多数仍依赖光学或电学信号，只能反映皮肤表层的生理变化。人体健康的关键参数——如血糖、血压、血流动力学及神经活动——多位于深层组织，传统可穿戴方案难以有效触达。
近年来，超声技术的微型化与柔性化为这一难题提供了新思路。超声不仅能穿透皮肤、感知血管弹性与流速，还可通过飞行时间（TOF）或声压反馈实现无创的血压与血流监测，甚至用于神经调控。由此，可穿戴设备正从“表层测量”迈向“深层理解”，为主动健康管理提供了更丰富的技术路径。
二、多模态融合：从化学信号到心血管信号的协同感知
加州大学圣地亚哥分校团队研发的柔性手环结合微针阵列与超声传感技术，可无痛、连续监测血糖、乳酸、酒精浓度及血压、动脉硬度与心率等多项指标。其数据与传统医疗仪器高度一致，但能同步追踪多个生理信号，为代谢与心血管健康提供更全面的参考。
1. 微针阵列+超声：多维健康的连续描绘
该柔性手环通过微针阵列采集组织液，检测葡萄糖、乳酸与酒精等化学成分；同时利用超声阵列监测血压与血管弹性。系统可在运动、饮食或饮酒等不同情境下同步记录多项指标，帮助用户了解行为对生理状态的综合影响。
这种化学与力学信号融合的监测思路，为未来的个体化健康分析提供了更高维度的数据基础。研究团队也计划结合机器学习算法，探索“生理参数—行为模式—健康风险”的智能关联，推动慢病管理向主动与个性化方向发展。
2. 超声可穿戴的产业潜力
与传统传感技术相比，超声具备深层监测和成像级精度等优势。随着超声器件的小型化、低功耗化与柔性封装技术进步，其应用边界正逐步从医院拓展至家庭与运动场景。全球糖尿病与心血管疾病患者数量持续增长，能够同时监测代谢与心血管参数的可穿戴设备，有望成为未来智能健康装备的重要发展方向之一。
三、MiniUlTra：从健康监测到脑神经调控的可穿戴探索
1. 非侵入式神经调控的工程突破
神经系统疾病如帕金森、癫痫、抑郁等发病率逐年上升。传统的深部脑刺激（DBS）虽疗效显著，但属侵入式手术；经颅磁刺激（TMS）虽非侵入，但定位精度有限。经颅聚焦超声（tFUS）技术的兴起，提供了一种非侵入、高分辨率、深部靶向的潜在方案。
MiniUlTra系统正是在此背景下提出。它采用小型化自聚焦换能器（SFAT-ACFAL）与生物黏附水凝胶结合的结构，重量仅8.5 g，可在头皮稳定贴附约35天，中心频率650 kHz，聚焦深度10 mm。实验表明，该系统能有效调节体感诱发电位（P27-N20），并在28天内保持稳定，无热损伤或明显不适反应。这一成果显示出经颅超声在长期、家庭化神经调控中的可行性。
2. 长效水凝胶与AI闭环调控的潜能
MiniUlTra的关键材料——生物黏附水凝胶——在声阻抗、附着力与耐久性方面均表现优异，可保持稳定声耦合并降低皮肤刺激风险。未来，研究团队计划引入AI算法，实现脑电-超声-行为的闭环反馈，从而探索个体化神经干预的新路径。虽然仍需在安全性与靶点精度方面积累更多数据，但其研究方向对未来非侵入式神经调控装备的发展具有启示意义。
四、柔性超声阵列：高端制造的集成创新
1. SAFU：皮肤自适应聚焦的设计思路
另一项代表性成果来自自粘性皮肤适应聚焦柔性超声阵列。该阵列基于SAFU（Skin-Adaptive Focused Ultrasound）方法，通过阵列内所有单元同步激励，在皮肤曲面上自动形成聚焦波束，实现血管直径及血流参数的飞行时间测量。
实验结果显示，在2.4MHz工作频率下，该阵列信噪比约30 dB，穿透深度超过30 mm，波束方向性显著提升。由于无需复杂相控电路，系统架构更加简洁，能耗与制造成本也相对降低。
2. MEMS工艺与柔性制造
该阵列采用MEMS兼容制造流程：飞秒激光蚀刻PZT-5H压电材料、磁控溅射Au/Ti电极、UV光固化自粘水凝胶。36个单元的共振频率标准差仅0.0236MHz，显示出较高的一致性。柔性PI/PDMS结构与蛇形电极设计，使其可承受超过60%的拉伸变形，适应不同人体部位的佩戴需求。这种结合高精度微加工与柔性材料工程的制造方式，为超声可穿戴设备的量产化提供了可参考路径。
3. 实验验证与应用前景
在志愿者测试中，阵列监测的血压误差低于3 mmHg，24 小时波形误差低于2.5%。不同体型与运动状态下均能保持较好一致性，并能在运动场景中追踪心率与动脉硬度变化。这些结果说明，柔性超声阵列在连续心血管监测与运动健康评估方面具备进一步研究与应用的潜力。
五、智能制造赋能：从实验室到产业化的关键链路
三项研究虽聚焦不同层面——代谢监测、神经调控与心血管评估——但共同呈现出可穿戴超声技术的综合趋势：
可穿戴超声正逐步从实验室研究走向高端装备制造与智能医疗融合的交汇点。
从制造视角看，其突破依赖多学科协同：
1.材料创新：柔性压电陶瓷、高透声水凝胶与多层封装技术；
2.制造工艺：MEMS微加工、激光蚀刻与精密贴合工艺的量产化探索；
3.系统智能化：软硬件协同设计与AI算法嵌入，实现实时信号分析与自学习优化。
随着AI与云计算的引入，这类设备正从“数据采集端”逐渐演变为“智能分析节点”。未来的可穿戴超声系统，或将能够在早期健康风险识别与自我调节中发挥辅助作用，为主动健康管理提供新支撑。
参考文献
1. Wristband Sensor Provides All-in-one Monitoring for Diabetes and Cardiovascular Care [EB/OL].(2025-07-10)[2025-11-04].https://today.ucsd.edu/story/wristband-sensor-provides-all-in-one-monitoring-for-diabetes-and-cardiovascular-care
2. Tang KWK, Jeong J, Hsieh JC, et al. Bioadhesive hydrogel-coupled and miniaturized ultrasound transducer system for long-term, wearable neuromodulation. Nat Commun. [2025-05-28]. doi: 10.1038/s41467-025-60181-x.
3. Yuan J, Li Z, Zhao Y, et al. Skin-adaptive focused flexible micromachined ultrasound transducers for wearable cardiovascular health monitoring. Sci Adv. [2025-09-12]. doi: 10.1126/sciadv.adw7632.
