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为解决阿尔茨海默病（AD）早期无创监测难题，研究人员开发了一种可穿戴超宽带（UWB）微波传感器系统，结合四阶段六层真实头模技术。该系统通过检测脑组织介电特性（εr/σ）变化实现AD分期（MCI至重度AD），传感器尺寸32×37×0.36 mm3，工作频段2.92–4.30 GHz，增益1.56 dB，比吸收率（SAR）仅0.566 W/kg。实验验证了其在海马体萎缩、灰白质退化和脑脊液（CSF）渗透增加等病理改变中的敏感性，为低成本、便携式AD动态监测提供新工具。
阿尔茨海默病（AD）作为最常见的神经退行性疾病，全球患者已达7500万，预计2050年将增至1.35亿。传统诊断依赖MRI、PET和CT等影像技术，但这些方法存在电离辐射风险、设备笨重、成本高昂（年医疗支出超290亿美元）等局限。尤其在资源匮乏地区，急需开发低成本、便携且无创的AD动态监测工具。
为突破这一困境，伊拉克纳杰夫大学（University of Najaf）的研究团队在《Results in Engineering》发表创新研究，设计了一款可穿戴微波传感器，结合真实三维头部模型，实现了AD病理进程的无创分期监测。
关键技术方法
研究通过四步推进：
- 传感器设计：采用迭代优化法开发钻石形超宽带（UWB）天线（32×37×0.36 mm3），工作频段2.92–4.30 GHz，平衡穿透深度（<4 GHz）与成像分辨率。
- 头模构建：基于医学解剖数据，制备六层（皮肤/脂肪/颅骨/CSF/灰质/白质）真实头模，引入海马体作为AD起始靶区，材料配比精确模拟组织电导率（σ）与介电常数（εr）。
- 疾病建模：依据AD病理进展（海马体萎缩→灰白质退化→CSF扩张），调整三层组织厚度与电学参数，构建轻度（Mild-AD）、中度（Moderate-AD）、重度（Severe-AD）三阶段头模。
- 验证系统：通过矢量网络分析仪（VNA）测量反射系数（S11），结合CST电磁仿真分析频移与介电特性关联。
研究结果
1. 传感器性能验证
- 穿透性与安全性：天线在3.24 GHz频点增益1.56 dB，SAR值0.566 W/kg（低于安全阈值2 W/kg），可穿透至深部脑区（如海马体）。
- 疾病响应敏感度：当传感器贴近AD头模时，回波损耗（S11）显著升高（健康组：-33.2 dB → 重度AD组：-26.1 dB），共振频率偏移达15 MHz（图2, 表4）。
2. AD病理的电磁特征
- 海马体主导早期改变：轻度认知障碍（MCI）阶段，海马体萎缩15%导致介电常数下降15.5%（εr=40.3→47.7），电导率上升115%（σ=5.20 S/m→2.42 S/m）（表5）。
- 灰白质退化与CSF扩张：
- 中度AD阶段，灰质厚度减少20%（83→66 mm），白质电导率升高65%（σ=1.65→2.72 S/m）。
- 重度AD时，CSF体积扩张50%，介电常数降低50%（εr=65→32.5），导致S11偏移达16.42 dB（图18）。
3. 疾病分期鉴别能力
- 频移与S11阶梯变化：从健康到重度AD，共振频率累计偏移380 MHz，S11衰减56.5%（表8），与病理严重度呈正相关。
- 头模验证一致性：实验与仿真结果误差<11.7%（频移）/16.4 dB（S11），归因于材料配比公差与环境干扰（图9）。
结论与意义
该研究首次将海马体靶向病理模型融入微波传感系统，证实了 介电特性变化（εr↓/σ↑）可作为AD分期的生物物理标志物。相较于现有技术：
- 临床价值：提供动态监测AD进展的便携方案，成本仅为传统影像的1/100，适用于社区医疗。
- 技术突破：微型UWB天线（尺寸<1.2 cm3）结合可复用头模，解决了液态仿体易蒸发、固体模型失真的难题（表10）。
- 局限与展望：当前数据限于实验室头模，下一步将通过动物实验验证活体敏感性，并开发多传感器阵列提升空间分辨率。
此项跨学科研究为神经退行性疾病的居家监测开辟了新路径，有望推动AD早期干预策略的革新。
