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在個人健康追蹤的科技領域，例如Fitbit和Apple Watch這類穿戴式裝置已經相當普及，這些小巧的感測器和智慧科技的組合可以追蹤步數、監測心率，甚至進行心電圖檢查，提供簡單易懂的身體數據、使人們過得更健康。然而，現有的穿戴式裝備難以收集更「深入」的即時數據，因此在眾多發展的技術中，超音波或許有望成為第一項能更深入提供身體健康資訊的穿戴式裝置。

超音波作為穿戴式裝置的優勢與特性

超音波的原理是將高頻聲波發射到體內，再接收從內部結構反射回來的聲波，最終獲得身體內部的影像，像是心臟跳動或血液流動等動態過程。由於超音波無侵入性且安全，是一種非常適合用於連續監測的穿戴形式。不過傳統超音波成像設備需要專業的技師將手持超音波探頭壓在靜止的患者身上，因此這些設備通常僅限於醫院和診所使用。

近年來有許多研究團隊持續在探索穿戴式超音波技術，例如麻省理工學院（Massachusetts Institute of Technology, MIT）正在開發的裝置就僅有數公分長，可以藉由生物黏合劑附著在皮膚上，並以電線連接到口袋大小的電池和數據傳輸系統，再將數據無線傳輸到平板電腦或智慧型手機。現階段MIT研發的原型機仍在初期階段，但已經能夠提供連續且高品質的深層組織影像。

穿戴式超音波裝置如果能順利進入臨床應用，將有機會大幅改變健康監測系統，像是持續監控各種疾病高風險患者的狀況、追蹤高危險妊娠胎兒的健康，或監督術後恢復等。便攜的超音波裝置讓診斷和監測工具可以更便利地送到偏遠地區，讓過去難以獲得的醫療成像更加普及。隨著技術的改進，可以預見穿戴式超音波裝置將能更高程度地整合到個人的日常生活中，用於管理各種健康狀況、慢性病。而穿戴式超音波裝置能夠連續且同時對多個器官系統進行長時間成像，所獲得的數據也將有機會大大拓展科學家對於生理運作的理解。

穿戴式超音波技術面臨的挑戰

穿戴式超音波的一些關鍵技術已被克服，但前方仍有更多挑戰，包括讓這些設備更耐用、靈活和準確，使它在配戴上更舒適並延長電池壽命。

美國Butterfly Network公司研發出微縮超音波晶片，並應用於手持超音波掃描設備Butterfly iQ，於2017年獲得美國食品藥物管理局（Food and Drug Administration, FDA）的批准。Butterfly iQ雖然不是無線且完全穿戴式，但它顯示了縮小版的超音波設備仍可以提供高品質的影像。此外，最近的超音波系統貼片（ultrasonic system-on-patch, USoP）已能將超音波探頭與微型無線控制電子設備結合，組成柔軟的穿戴形式超音波裝置。儘管USoP技術無法提供高品質成像，但能連續提供數據、無線操作以獲得深層組織的生理訊號。

為了有效地發射和接收聲波，超音波探頭需要與皮膚有良好的接觸。在臨床中通常使用液體凝膠填充探頭和皮膚之間的空隙，但在穿戴式裝置中使用凝膠顯然不實際。因此，已經有研究團隊研發出可以拉伸、適應皮膚的曲面、無需使用液體凝膠的超音波探頭。然而，可拉伸探頭面臨的挑戰在於成像依賴超音波探頭感測器的精確定位，因此可拉伸探頭可能會損害影像解析度。MIT開發的替代方案採用薄而堅硬的超音波探頭，加上一層由水凝膠和彈性混合物製成的特殊「偶合劑」層黏附在皮膚上，以確保影像品質。

數據與監管，穿戴式裝置的最後挑戰

現階段，醫療體系已經採用許多人工智慧（artificial intelligence, AI）協助解析超音波影像。然而在穿戴式超音波中，這些AI將面臨因為人體動作額外的噪音和變異所帶來的挑戰。另外，如何確保數據隱私並開發能夠處理連續成像下的龐大數據，也將是整個系統發展的關鍵之一。隨著穿戴式超音波技術的研究進展，未來仍需要持續研究，才有可能實現穿戴式超音波系統的應用。

最後，現行傳統超音波設備有明確的監管模式，但穿戴式設備尚無明確的制度與法規。主要挑戰包括建立連續監測的標準，確保數據隱私並保證無線傳輸的安全性，以防止敏感資訊在未經授權的情況下流出。如果未來能有效解決這些監管空白，將有助於穿戴式超音波設備在臨床環境中的安全性和有效性。

延伸閱讀
Wang, C., & Zhao, X. (2024). See how your body works in real time―wearable ultrasound is on its way. Nature, 630(8018), 817-819.