光声成像手表实时监测血液动态!

最近，研究人员开发了一种用于皮肤血管高分辨率成像的光声成像手表。这种可穿戴设备可以提供一种非侵入性的方式来监测血液动力指标，如心率、血压和血氧饱和度，这些指标可以显示一个人的心脏工作状况。

来自中国南方科技大学的研究小组负责人雷希表示：“尽管光声成像对血流动力的变化非常敏感，但在小型化和优化成像界面方面的困难限制了可穿戴光声设备的发展。据我们所知，这是第一个适合医疗保健应用的光声可穿戴设备。”

在《光学快报》杂志上，研究人员描述了他们的新系统，该系统由一个带有成像接口的手表、一台手持电脑和一个装有激光和电源的背包组成。对自由活动的志愿者进行的测试表明，该设备可用于观察不同活动期间的血流量变化。

雷希表示：“像这样的小型可穿戴成像系统可能会被社区卫生中心用于初步疾病诊断或长期监测与血液循环相关的参数，为各种疾病的治疗提供有价值的见解。随着进一步的发展，这种类型的系统也可能有助于早期发现皮肤状况，如牛皮癣和黑色素瘤，或分析烧伤。”

创建可穿戴式成像器

光声成像是一种无标签技术，通过测量由结构中吸收的光产生的光诱导声波来形成图像。分析光声信号的强度和分布有助于了解微血管的功能和结构特征，这些特征可以与各种疾病相关。虽然光声成像仍主要是一种研究工具，但它已开始在癌症、血管和皮肤成像等领域得到临床应用。

为了将这种笨重的仪器变成可以随身携带的东西，研究人员开发了一种紧凑的光学分辨率光声显微镜系统，该系统基于紧凑的脉冲激光器、紧密的光纤光路和一个集成的电子系统，安装在一个重达7公斤的背包中。他们还设计了一种手持设备来存储图像，并创造了一个小型的手表成像接口，该接口具有可调节的焦平面和用于实时图像显示的屏幕。

该系统可以在佩戴者自由移动时用于成像。它还具有自适应性的激光聚焦，对于像皮肤这样的多层结构成像是非常有必要的。光声成像系统的横向分辨率为8.7 um，足以分辨皮肤中的大多数微血管，最大视场直径约为3 mm，足以捕捉微血管细节。

追踪移动中的血液

研究人员对志愿者进行了测试，以评估手表的焦点转移功能，以及该系统在不同条件下检测长时间血液流动变化的能力，比如当佩戴者走路时或者使用袖带暂时阻断血液流向手臂时。测试结果表明该系统是可用、紧凑和稳定的，足以允许自由移动。

研究人员现在正在努力创建一个使用更小的激光源系统。这将使系统更紧凑、更轻，同时也提高了安全性和时间分辨率。雷希说:“鉴于现代激光二极管技术和电子信息技术的快速发展，开发一种不需要背包的更先进、更智能的光声手表应该是完全可行的。”

研究人员还在努力确保光纤耦合光路在较长时间和更激烈的条件下(如跑步和跳跃)的稳定性。他们还希望结合多光谱照明，允许获取额外的生理参数，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。这些能力有助于支持癌症和心血管疾病等疾病的早期诊断。