Ten zegarek wyświetla przepływ krwi w Twoim ciele

Technologia obrazowania fotoakustycznego o wysokiej rozdzielczości została zmniejszona, aby zmieścić się w małym zegarku naręcznym.

Systemy obrazowania fotoakustycznego zapewniają wgląd w ciało w wysokiej rozdzielczości, ale są nieporęczne. Teraz badacze opracowali zminiaturyzowaną wersję, która mieści się w zegarku, a elementy znajdujące się w plecaku ważą tyle samo, co przeciętne pięciomiesięczne dziecko. Urządzenie pozwala na nieinwazyjną metodę pomiaru pracy serca.

➔ PRZECZYTAJ TAKŻE: Mikroskop FIB-SEM umożliwia szczegółowy wgląd do wnętrza komórek

Mówiąc najprościej, obrazowanie fotoakustyczne działa w taki oto sposób. Najpierw obiekt pochłania światło, w tym przypadku impulsy laserowe. Zaabsorbowana energia optyczna jest przekształcana w ciepło, powodując wzrost temperatury. Następnie ekspansja termosprężysta powoduje emisję wykrywalnych fal dźwiękowych. Różnica między obrazowaniem ultrasonograficznym a obrazowaniem fotoakustycznym polega na tym, że to pierwsze umożliwia identyfikację anatomii, podczas gdy drugie umożliwia uzyskanie obrazów funkcjonalnych i strukturalnych o wyższej rozdzielczości.

Ponieważ obrazowanie fotoakustyczne może penetrować tkanki na głębokość 2–3 cm (0,8–1,2 cala), wykorzystuje się je do skanowania naczyń krwionośnych i szacowania poziomu natlenienia krwi (nasycenia tlenem, czyli saturację SpO₂), a także diagnozowania chorób skóry i raka. Naukowcy z Południowego Uniwersytetu Nauki i Technologii (SUSTech) w Chinach opracowali urządzenie do obrazowania fotoakustycznego, wystarczająco małe, aby zmieściło sie na nadgarstku.

Chociaż obrazowanie fotoakustyczne jest niezwykle wrażliwe na zmiany hemodynamiki, trudności w miniaturyzacji i optymalizacji interfejsu obrazowania ograniczyły rozwój przenośnych urządzeń fotoakustycznych. Według naszej najlepszej wiedzy jest to pierwsze fotoakustyczne urządzenie do noszenia, które nadaje się do zastosowań w służbie zdrowia.

— powiedział Lei Xi, współautor badania opisującego nowy system badaczy

Hemodynamika to dynamika przepływu krwi. Rejestrowanie parametrów hemodynamicznych, takich jak częstość akcji serca, ciśnienie krwi i nasycenie tlenem, pozwala ocenić, jak dobrze pracuje serce.

Urządzenie badaczy składa się z zegarka z interfejsem obrazowania, podręcznego komputera oraz plecaka, w którym mieści się laser i zasilacz (waga plecaka wynosi ok. 7 kg). Został zaprojektowany tak, aby użytkownik mógł swobodnie się poruszać. Możliwość dostosowania ostrości lasera urządzenia oznacza, że jest ono w stanie obrazować struktury wielowarstwowe, takie jak skóra, a jego rozdzielczość wynosząca 8,7 µm jest wystarczająca do obrazowania większości drobnych naczyń krwionośnych w skórze w maksymalnym polu widzenia o średnicy około 3 mm.

Ochotnicy nosili urządzenie fotoakustyczne, aby przetestować je w różnych warunkach, na przykład podczas chodzenia lub gdy mankiet tymczasowo blokował dopływ krwi do ramienia. Testy wykazały, że system był użyteczny, kompaktowy i wystarczająco stabilny, aby umożliwić swobodne poruszanie się.

Zminiaturyzowane, przenośne systemy obrazowania, takie jak ten, który opracowaliśmy, mogłyby potencjalnie zostać wykorzystane przez lokalne ośrodki zdrowia do wstępnej diagnozy chorób lub do długoterminowego monitorowania parametrów związanych z krążeniem krwi w warunkach szpitalnych, oferując cenne spostrzeżenia przydatne w leczeniu różnych chorób. Wraz z dalszym rozwojem, tego typu system może być również przydatny do wczesnego wykrywania chorób skóry, takich jak łuszczyca i czerniak, lub do analizy oparzeń.

— dodał Xi

Naukowcy pracują nad stworzeniem systemu z jeszcze mniejszym źródłem lasera i większą częstotliwością powtarzania impulsów, co sprawiłoby, że system byłby bardziej kompaktowy i lżejszy, a jednocześnie poprawiłby bezpieczeństwo i rozdzielczość. Ostatecznie wiąże się to z porzuceniem plecaka.

„Biorąc pod uwagę szybki rozwój nowoczesnej technologii diod laserowych i elektronicznej technologii informacyjnej, opracowanie bardziej zaawansowanego i inteligentnego zegarka fotoakustycznego, który nie wymaga plecaka, powinno to być całkowicie wykonalne” – powiedział Xi.

Naukowcy chcą także ulepszyć swoje urządzenie, aby mogło być wykorzystywane podczas bardziej wymagających ćwiczeń fizycznych, takich jak bieganie i skakanie – oraz uwzględnienie większej liczby parametrów hemodynamicznych, w tym jakościowej oceny liczby i objętości naczyń krwionośnych, co ułatwiłoby zastosowanie systemu we wczesnej diagnostyce nowotworów i chorób układu krążenia.

Badanie opublikowano w czasopiśmie Optics Letters.

źródło: Optica | New Atlas