Системы фотоакустической визуализации позволяют увидеть тело с высоким разрешением, но они громоздки. Теперь исследователи разработали миниатюрную версию, которая помещается в часы, а оборудование помещается в рюкзак и весит столько же, сколько средний пятимесячный ребенок. Это устройство позволяет неинвазивно измерить, насколько хорошо работает сердце.
Проще говоря, фотоакустическая визуализация работает следующим образом. Во-первых, объект поглощает свет, в данном случае лазерные импульсы. Поглощенная оптическая энергия преобразуется в тепло, вызывая повышение температуры. Затем термоупругое расширение приводит к излучению обнаруживаемых звуковых волн. Разница между ультразвуковой и фотоакустической визуализацией заключается в том, что первая позволяет идентифицировать анатомию, а вторая позволяет получать функциональные и структурные изображения с более высоким разрешением.
Поскольку фотоакустическая визуализация может проникать в ткани на глубину 2–3 см (0,8–1,2 дюйма), ее используют для сканирования кровеносных сосудов и оценки уровня оксигенации крови (насыщения кислородом), а также для диагностики кожных заболеваний и рака. Исследователи из Южного университета науки и технологий (SUSTech) в Китае разработали фотоакустическое устройство визуализации, достаточно маленькое, чтобы поместиться внутри часов.
«Хотя фотоакустическая визуализация чрезвычайно чувствительна к изменениям гемодинамики, трудности с миниатюризацией и оптимизацией интерфейса визуализации ограничили разработку носимых фотоакустических устройств», — сказал Лэй Си, соответствующий автор исследования, описывающего новую систему исследователей. «Насколько нам известно, это первое фотоакустическое носимое устройство, подходящее для применения в сфере здравоохранения».
Фотоакустические часы могут фиксировать изображения кровеносных сосудов кожи в высоком разрешении. р>Гемодинамика – это динамика кровотока. Запись гемодинамических параметров, таких как частота сердечных сокращений, артериальное давление и насыщение кислородом, позволяет оценить, насколько хорошо работает сердце.
Устройство исследователей состоит из часов с интерфейсом визуализации, карманного компьютера и рюкзака, в котором находится лазер и блок питания (вес рюкзака составляет 7 кг). Он предназначен для того, чтобы позволить владельцу свободно передвигаться. Адаптируемая лазерная фокусировка устройства означает, что оно способно отображать многослойные структуры, такие как кожа, а его разрешение в 8,7 мкм достаточно для изображения самых крошечных кровеносных сосудов кожи в максимальном поле зрения диаметром около 3 мм.
Добровольцы носили фотоакустическое устройство, чтобы проверить его в различных условиях, например, во время ходьбы или когда манжета временно блокировала приток крови к руке. Испытания показали, что система удобна в использовании, компактна и достаточно стабильна, чтобы обеспечить свободное перемещение.
В рюкзаке находится источник лазерного питания и источник питания устройства, а его вес составляет 15 фунтов. Лей Си, SUSTech
«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».
Исследователи работают над созданием системы с еще меньшими размерами. лазерный источник и более высокую частоту повторения импульсов, что сделает систему более компактной и легкой, одновременно повысив безопасность и разрешение. В конце концов, это включает в себя отказ от рюкзака.
«Учитывая быстрое развитие современных лазерных диодных технологий и электронных информационных технологий, вполне возможно разработать более совершенные и интеллектуальные фотоакустические часы, которые не требуют рюкзак», — сказал Си Цзиньпин.
Они также стремятся улучшить свое устройство, чтобы оно могло выдерживать более напряженные физические нагрузки, такие как бег и прыжки. И включение большего количества гемодинамических параметров, включая качественную оценку количества и объема кровеносных сосудов, что поддержит использование системы в ранней диагностике рака и сердечно-сосудистых заболеваний.
Исследование было опубликовано в журнале Буквы об оптике.
