Исследователи разработали фотоакустические часы для визуализации кровеносных сосудов кожи в высоком разрешении. Носимое устройство может предложить неинвазивный способ мониторинга гемодинамических показателей, таких как частота сердечных сокращений, артериальное давление и насыщение кислородом, которые могут указывать на то, насколько хорошо работает сердце человека.
«Хотя фотоакустическая визуализация чрезвычайно чувствительна к изменениям гемодинамики, трудности с миниатюризацией и оптимизацией интерфейса визуализации ограничили разработку носимых фотоакустических устройств», — сказал руководитель исследовательской группы Лэй Си из Южного университета науки и технологий в Китае. «Насколько нам известно, это первое фотоакустическое носимое устройство , подходящее для применения в здравоохранении».
В журнале Optics Letters исследователи описывают свою новую систему, которая состоит из часов с интерфейсом визуализации, портативного компьютера и рюкзака, в котором размещены лазер и источник питания. Тесты на свободно передвигающихся добровольцах показали, что устройство можно использовать для наблюдения за изменениями кровотока во время различных видов деятельности, например ходьбы.
«Миниатюрные носимые системы визуализации, подобные той, которую мы разработали, потенциально могут быть использованы общественными медицинскими центрами для предварительной диагностики заболеваний или для долгосрочного мониторинга параметров, связанных с кровообращением в условиях больницы , предлагая ценную информацию для обоснования методов лечения различных заболеваний», - сказал Си. «При дальнейшем развитии этот тип системы также может быть полезен для раннего выявления кожных заболеваний, таких как псориаз и меланома, или для анализа ожогов».
Играть
00:00
00:11
Немой
Настройки
ПИП
Войти в полноэкранный режим
Играть
Носимое устройство предлагает неинвазивный способ изучения или обнаружения изменений кровотока, связанных с различными заболеваниями или видами деятельности. Фото: Лэй Си, Южный университет науки и технологий.
Создание портативного имидж-сканера
Фотоакустическая визуализация — это метод без меток, который формирует изображения путем измерения световых звуковых волн, создаваемых поглощением света в структурах. Анализ интенсивности и распределения фотоакустического сигнала дает представление о функциональных и структурных характеристиках микрососудов, которые могут изменяться при различных заболеваниях.
Хотя фотоакустическая визуализация по-прежнему остается в первую очередь исследовательским инструментом, она начинает находить клиническое применение в таких областях, как визуализация рака, сосудов и дерматологии.
Чтобы превратить обычно громоздкий инструмент во что-то, что можно было бы носить во время перемещения, исследователи разработали компактную систему фотоакустической микроскопии с оптическим разрешением, основанную на компактном импульсном лазере, узком световодном пути и интегрированной электронной системе, размещенной в корпусе. рюкзак весом 7 килограмм.
Они также разработали портативное устройство для хранения изображений и создали миниатюрный интерфейс обработки изображений в виде часов с регулируемой фокальной плоскостью и экраном для отображения изображений в режиме реального времени.
Исследователи разработали систему таким образом, чтобы ее можно было использовать для получения изображений, пока пользователь свободно передвигается. Он также имеет адаптируемую лазерную фокусировку, необходимую для визуализации многослойных структур, таких как кожа. Система фотоакустической визуализации имеет латеральное разрешение 8,7 мкм, которого достаточно для определения большинства микрососудов кожи, и максимальное поле зрения диаметром около 3 мм, что достаточно для регистрации деталей микрососудистых сосудов.
Система состоит из часов с интерфейсом визуализации, портативного компьютера и рюкзака, в котором находится лазер и источник питания. Он предназначен для получения изображений, пока пользователь свободно передвигается. Фото: Лэй Си, Южный университет науки и технологий.
Отслеживание крови в движении
Исследователи протестировали устройство на добровольцах, чтобы оценить функцию смещения фокуса часов и способность системы обнаруживать изменения кровотока в течение длительного времени в различных условиях, например, во время ходьбы или при использовании манжеты для блокирования крови. временно течет в руку. Эти испытания показали, что система удобна в использовании, компактна и достаточно стабильна, чтобы обеспечить свободное перемещение.
Сейчас исследователи работают над созданием системы, в которой будет использоваться еще меньший лазерный источник с более высокой частотой повторения. Это сделает систему более компактной и легкой, а также повысит безопасность и временное разрешение. "Учитывая быстрое развитие современной лазерной диодной технологии и электронных информационных технологий, вполне возможно разработать более совершенные и интеллектуальные фотоакустические часы, для которых не потребуется рюкзак", - заявил Си Цзиньпин.
Исследователи также работают над обеспечением стабильности оптического пути, соединенного по оптоволокну, в течение длительных периодов времени и в более интенсивных условиях, таких как бег и прыжки.
Они также хотят включить мультиспектральное освещение, которое позволило бы получать дополнительные физиологические параметры, включая насыщение кислородом и скорость кровотока, а также количественную оценку таких параметров, как количество и объем сосудов. Эти возможности могут помочь в ранней диагностике таких заболеваний, как рак и сердечно-сосудистые заболевания.