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», — комментирует руководитель исследовательской группы Лэй Си (Lei Xi) из Южного университета науки и технологий (Southern University of Science and Technology) в Китае. «Насколько нам известно, это первое фотоакустическое носимое устройство, подходящее для применения в здравоохранении».
В журнале Optics Letters ученые описывают свою новую систему, которая состоит из часов с интерфейсом визуализации, карманного 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 обоснованных методов лечения различных заболеваний». – добавил 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».
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 дерматология.
Чтобы превратить обычно громоздкий инструмент во что-то, что можно было бы носить во время передвижения, исследователи разработали компактную систему фотоакустической микроскопии с оптическим разрешением, основанную на компактном импульсном лазере, узком световодном пути и интегрированной электронной системе, размещенной в корпусе, и рюкзаке весом 7 килограммов.
Ученые 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.
Они разработали систему таким образом, чтобы ее можно было использовать для получения изображений, пока пользователь свободно передвигается. Она 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 сосудов.
Отслеживание крови в движении
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.
Литература:
Ting Zhang et al, Wearable photoacoustic watch for humans, Optics Letters (2024). DOI: 10.1364/OL.514238
Врач кардиолог, терапевт, врач функциональной диагностики АО «СЗЦДМ» (г. Санкт-Петербург), редактор и автор статей
