“芯”学者说简介
胡鸿杰
北京大学集成电路学院集成微纳系统系
助理教授、特聘研究员、博士生导师
内容回顾
4月29日下午，“芯”学者说沙龙第十四期在微纳电子大厦306会议室举办。北京大学集成电路学院助理教授、特聘研究员、博士生导师胡鸿杰老师与来自集成电路学院、物理学院等院系的同学们进行了深入交流。
胡鸿杰老师做主题分享
由浅入深 重塑可穿戴感知研究边界
活动伊始，同学们依次进行自我介绍，并结合专业背景、科研兴趣和未来方向与胡老师展开交流。胡老师首先回顾了自己从应用化学、材料科学到可穿戴超声器件研究的跨学科成长路径，并以可穿戴电子的发展现状为切入点，指出当前多数可穿戴传感器仍主要面向浅层、单一维度的生理信号，难以充分反映心、脑、腹腔脏器等深层组织的结构与功能信息。
针对深层组织“深、小、动态”的特点，胡老师系统比较了不同传感模态在穿透深度、空间分辨率和时间分辨率之间的权衡关系。他指出，超声技术能够在上述三个维度之间形成较好的平衡，因此为深层组织连续监测和结构化成像提供了重要路径。
柔性阵列 连接器件结构与临床场景
在器件结构层面，胡老师介绍了柔性可拉伸超声阵列的关键设计，包括蛇形互连、岛桥结构和硅胶弹性体封装等。蛇形互连可在拉伸和弯曲过程中通过三维扭转释放应力，降低功能单元的应力集中风险；岛桥结构则将刚性功能单元与柔性连接区域结合，使器件在保持成像性能的同时获得皮肤贴附和形变适应能力。
围绕具体应用，胡老师展示了可穿戴超声器件在曲面无损检测、心脏连续成像、运动状态下心功能监测、深度学习辅助图像分割和弹性成像等方向的研究进展。他强调，可穿戴超声不仅能够获得类似传统超声设备的结构图像，还可以在运动、恢复等连续过程中捕捉动态生理信息，为心血管疾病监测和深层组织功能评估提供新的技术路径。
连续成像 从结构显示走向功能评估
在心脏监测部分，胡老师以可穿戴超声心动图为例，说明连续监测对捕捉突发性与瞬态心血管事件的重要性。相比传统医院场景中的短时、静态检测，可穿戴超声有望在休息、运动和恢复全过程中连续记录心脏结构与功能变化，并结合算法自动提取射血分数、心输出量等关键参数，提高监测效率与客观性。
在弹性成像部分，胡老师进一步说明了多模态物理信息对组织功能评估的意义：当传统B超难以区分声阻抗相近的组织时，模量、应变等信息能够提供新的成像维度。可穿戴超声与算法、电路、材料和临床需求的结合，体现出集成微纳系统与智能健康感知交叉发展的广阔空间。
同学们围绕可穿戴超声与柔性微系统积极提问
互动问答
在互动问答环节，同学们围绕科研方向选择、超声测温与测压、骨组织对超声传播的影响、聚焦超声治疗、多模态传感器集成、柔性超声断层成像、系统功耗与ASIC低功耗设计等问题积极提问。胡老师结合自身科研经历逐一回应，并鼓励同学们在选择方向时关注领域痛点，在扎实掌握基础知识的同时保持开放视野，主动开展跨学科探索。
科研择路 从领域痛点出发
Q：胡老师，您为什么选择回国并加入北京大学集成电路学院？
A：当前国家高度重视科技发展，国内科研环境和支持力度不断提升，是青年学者回国发展的重要契机。可穿戴超声与柔性医疗电子在国际上发展迅速，而国内仍有很大的追赶和创新空间。希望将自己在海外积累的科研经验带回国内，在推动领域发展的同时服务国家需求。另一方面，家人在国内、科研与生活环境更加熟悉，也使回国成为更适合长期发展的选择。
Q：您最初为什么会选择可穿戴超声这一方向？
A：选择科研方向的关键在于识别领域中的真实痛点。传统可穿戴电子已经在心率、血氧、汗液、浅层生理信号等方面积累了大量工作，但深层组织和核心器官的连续监测仍存在明显空白。超声在深层组织成像中兼具穿透深度、空间分辨率和时间分辨率优势，因此成为切入这一问题的理想技术路径。
声学解码 从图像到生理参数
Q：超声能否测量核心温度、压力等非结构性生理参数？
A：超声本身并不是“直接测温”或“直接测压”的工具，但可以通过物理量之间的关联实现间接测量。例如温度变化会影响组织中的声速，在传播距离一定的情况下，声波飞行时间的变化可用于推断温度变化；光声信号的幅值变化也可与温度相关联。压力测量则更复杂，通常需要超声与力学传感、其他传感方式或外部激励相结合，通过多模态耦合推断内部压力状态。
Q：如果利用声速或信号幅值变化测量温度，是否需要个体校准？
A：传感的本质是建立物理信号与目标参数之间的映射关系，因此通常需要基准值或校准过程。具体而言，可以先通过温度计等独立手段获得初始温度，再记录对应的声速或信号幅值，并在此基础上追踪连续变化；也可以依赖前人标定的组织声速参数，但前提和适用范围需要明确。
Q：骨组织会不会明显影响超声传播？
A：超声更适合软组织成像，骨组织对超声并不友好。以脑成像为例，颅骨会严重衰减和扰乱超声传播，因此临床和科研中常需借助颞窗等较薄的声学窗口进行探测。这也说明，超声虽然在实时性和可穿戴性方面具有优势，但在强骨性遮挡场景下仍面临挑战。
Q：柔性超声未来是否可以拓展到治疗方向，例如聚焦超声？
A：聚焦超声治疗大体可分为高强度聚焦超声和低强度聚焦超声两类。高强度聚焦超声可将能量聚焦到肿瘤等靶区，用于热消融治疗，但通常功率较大、散热要求高，并不适合简单微型化或可穿戴化。低强度聚焦超声更偏向神经调控或辅助药物递送，例如通过刺激特定脑区影响神经活动，或短暂打开血脑屏障以促进药物进入脑内。
系统协同 从柔性器件到集成微系统
Q：除了超声之外，课题组还布局了哪些相关方向？
A：课题组除可穿戴超声外，也关注多传感器融合与三维柔性集成微系统。未来可穿戴设备不应只集成单一传感器，而需要在有限面积内集成多种传感单元及其后端电路，实现更高维度的生理信息采集。通过三维柔性集成，可以将多类传感器、电路和系统封装在较小尺寸内，并保持一定柔性与佩戴适配性。
Q：如果柔性超声规模进一步扩大，能否实现类似CT的断层成像？
A：这是非常有潜力的方向。若能将超声传感器做成大面积、环绕式甚至织物化形态，理论上可构建类似断层成像的系统。但关键挑战在于柔性系统中每个换能单元的位置会随形变发生变化，而断层重建又高度依赖阵元位置的准确性。因此，如何同步感知阵列形貌并进行成像校正，是未来需要解决的重要问题。
Q：后端电子系统与柔性器件之间是否存在工艺兼容性问题？
A：柔性系统并不一定意味着所有功能单元都必须“全柔”。课题组采用的更多是整体柔性的刚柔结合体系：功能单元本身可保持刚性，连接线与基底区域提供柔性和形变适应能力。这样的设计更适合复杂芯片、电路系统和高性能传感器集成，也能与现有微纳加工和封装工艺保持较好兼容性。
“芯”学者说第十四期活动合影
结语
本次“芯”学者说沙龙在轻松而真诚的交流氛围中圆满落幕。胡鸿杰老师以可穿戴超声成像技术为主线，将柔性电子、超声换能、集成微纳系统、人工智能算法和临床健康需求有机串联，帮助同学们理解从基础物理原理到系统应用场景之间的完整科研链条。通过本次分享，同学们不仅加深了对可穿戴医疗电子与超声微系统的认识，也进一步体会到交叉学科研究中“发现痛点、理解原理、构建系统、面向需求”的重要性。希望每一位同学都能以本次沙龙为新的起点，立足国家集成电路产业发展与人民生命健康需求，夯实基础、拓宽视野、勇于探索，在集成微纳系统与智能健康感知等前沿方向持续求索、不断成长。
