可穿戴技术可随时随地捕捉实时血流动力学

研究人员开发了一种光声成像手表，用于对皮肤血管进行高分辨率成像。该可穿戴设备可以提供一种非侵入性的方式来监测血流动力学指标，例如心率、血压和血氧饱和度，这些指标可以表明一个人的心脏工作情况。

“虽然光声成像对血流动力学的变化极其敏感，但成像接口的小型化和优化方面的困难限制了可穿戴光声设备的发展，”中国南方科技大学的研究小组负责人雷西说。“据我们所知，这是第一款适合医疗保健应用的光声可穿戴设备。”

在 Optica 出版集团的 期刊《Optics Letters》中，研究人员描述了他们的新系统，该系统由带有成像接口的手表、手持式计算机以及装有激光器和电源的背包组成。对志愿者自由活动的测试表明，该设备可用于观察步行等不同活动期间的血流变化。

“像我们开发的微型可穿戴成像系统有可能被社区卫生中心用于初步疾病诊断或长期监测医院环境中与血液循环相关的参数，从而为各种疾病的治疗提供宝贵的见解，”说。“随着进一步发展，这种类型的系统也可能有助于早期检测牛皮癣和黑色素瘤等皮肤病或分析烧伤。”

创建可穿戴成像仪

光声成像是一种无标记技术，通过测量结构中光吸收产生的光诱导声波来形成图像。分析光声信号强度和分布可以深入了解微血管的功能和结构特征，这些特征可能会因各种疾病而改变。尽管光声成像仍然主要是一种研究工具，但它已开始在癌症、血管和皮肤病学成像等领域找到临床应用。

为了将通常笨重的仪器变成可以在移动时佩戴的东西，研究人员开发了一种紧凑型光学分辨率光声显微镜系统，该系统基于紧凑型脉冲激光器、紧密光纤光路和装在背包中的集成电子系统重7公斤。他们还设计了一个手持设备来存储图像，并创建了一个小型化的手表式成像界面，具有可调节的焦平面和用于实时显示图像的屏幕显示器。

研究人员设计了该系统，使其可以在佩戴者自由移动时进行成像。它还具有适应性强的激光焦点，这对于皮肤等多层结构的成像是必需的。光声成像系统的横向分辨率为8.7微米，足以分辨皮肤中的大多数微血管，最大视场直径约为3毫米，足以捕获微血管细节。

追踪移动中的血液

研究人员与志愿者一起测试了该设备，以评估手表的焦点转移功能以及系统在不同条件下长时间检测血流变化的能力，例如佩戴者行走时以及使用袖带暂时阻止血液时流向手臂。这些测试表明该系统可用且紧凑且稳定，足以允许自由移动。

研究人员现在正在努力创建一种系统，该系统采用更小的激光源，但具有更高的重复率。这将使系统更加紧凑和轻便，同时还提高安全性和时间分辨率。“鉴于现代激光二极管技术和电子信息技术的快速发展，开发一种更先进、更智能、不需要背包的光声手表应该是完全可行的。”说。

研究人员还在努力确保光纤耦合光路在较长时间内以及在跑步和跳跃等更激烈的条件下的稳定性。他们还希望结合多光谱照明，这将允许采集额外的生理参数，包括氧饱和度和血流速度，以及血管数量和体积等参数的定量评估。这些功能可以帮助支持癌症和心血管疾病等疾病的早期诊断。

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