综述：利用可穿戴传感与成像技术透视人体内部

这篇综述系统探讨了可穿戴技术在健康监测领域的创新进展，重点对比了间接传感（如ECG/EEG/EMG）与直接成像（超声/EIT）两种方法的原理、应用及技术瓶颈，并展望了多模态融合（multimodal integration）和人工智能辅助诊断的未来发展方向。

　　

摘要

随着个性化医疗需求的增长，可穿戴健康监测技术正从反应式治疗转向预防性医疗模式。本文系统回顾了评估内脏功能的可穿戴技术，聚焦间接传感与直接成像两大方法：间接方法通过电生理信号（ECG/EEG）、机械响应和生物标志物（如皮质醇、尿酸）推断生理状态；直接成像技术如可穿戴超声和电阻抗断层扫描（EIT）则能可视化器官结构与功能。多模态系统整合电、化学、物理信号，弥补单一模态局限，但临床转化仍需解决信号稳定性、空间分辨率等挑战。

1 引言

慢性疾病负担和老龄化推动医疗模式转向预防性监测。传统影像技术（CT/MRI）因体积和成本限制难以普及，而可穿戴设备通过皮肤接触实现连续监测。间接传感依赖生物电信号（如ECG）或代谢物（如汗液乳酸），但缺乏解剖细节；直接成像技术突破深度限制（超声穿透达14 cm），EIT通过组织电导率分布评估器官功能，两者互补为未来医疗提供新范式。

2 可穿戴间接传感技术

2.1 电生理与生理信号监测

液态金属电极和硅微针阵列提升信号质量（SNR>40 dB），解决传统电极因皮肤曲率导致的阻抗问题。例如，仿植物棘刺的微针电极可实现6小时稳定EMG监测。耳道EEG设备利用颞骨较薄的特点，捕捉α波变化分析警觉状态。物理信号监测方面，压电材料结合机器学习实现无袖带血压连续测量（误差<10 mmHg），而宽带声学传感器能区分肺病特征性呼吸音。

2.2 生物标志物传感

汗液生物芯片通过微流控技术同步检测苯丙氨酸（检测限4.7 μM）和氯离子，反映代谢动态。适体开关传感器实现雌二醇超敏检测（0.14 pM），8周经期追踪结果与ELISA一致。分子印迹聚合物（MIP）碳纳米管电极监测皮质醇（灵敏度189.2 nA/log(nM)），而智能隐形眼镜通过泪液葡萄糖浓度（0–50 mg/dL）管理糖尿病视网膜病变。

2.3 多模态信号整合

癫痫监测耳塞同步采集EEG和汗液乳酸，鉴别癫痫与非癫痫事件（血清乳酸为标志物）。痛风贴片集成UA/Tyr传感与呼吸频率监测，临床验证高尿酸血症差异。电子皮肤（e-skin）同步追踪脉搏、皮肤电导和6种分子标志物，机器学习量化心理压力（准确率98.7%）。COVID-19诊断口罩结合石墨烯电化学传感器与呼吸参数，感染识别准确率达100%。

3 可穿戴直接成像技术

3.1 超声设备

刚性探头（如乳腺贴片）匹配层设计实现0.25 mm轴向分辨率，检测0.3 cm囊肿；柔性探头采用蛇形电极适应关节运动，7.5 MHz频率精准追踪血管变形。跨颅多普勒系统通过4个声窗（颞/眶/下颌下/枕下）三维重建血流，1.3 mm厚探头无佩戴不适。临床级回声肌动图（EcMG）以4 MHz中心频率分类呼吸模式，同步控制机械臂动作。

3.2 阻抗测量

EIT通过多电极电流注入（50–250 kHz）映射组织电导率，肝脂肪含量与MRI质子密度脂肪分数（PDFF）呈负相关（r=?0.69）。胃动力监测服（gEIT Suit）双平面电极阵列结合模糊聚类算法，分离胃部特异性信号。动脉粥样硬化斑块阻抗数据经DenseNet分类，易损斑块识别精度92.59%，优于血管造影。

4 未来展望

融合超声与电化学传感器的贴片（如同时监测血糖和血管直径）代表多模态方向，但需克服超声骨遮蔽和EIT脂肪干扰。摩擦电阻抗成像（TIT）利用体动发电，THD<0.03%，实现毫米级肌肉运动追踪。下一代系统将整合自适应算法、可重构材料（如仿生电子皮肤）和边缘计算，推动精准医疗从实验室走向临床。