Rete di rilevamento cutaneo fotonico per cardiovascu

Jul 29, 2023

Compuscript Ltd

immagine: Figura 1. Patch con reticolo di Bragg in microfibra simile alla pelle (μFBG).vedere di più

Credito: OSA

Una nuova pubblicazione di Opto-Electronic Advances, 10.29026/oea.2023.230018 discute il monitoraggio emodinamico spaziotemporale tramite il gruppo reticolo di Bragg in microfibra simile alla pelle configurabile.

Le malattie cardiovascolari rappresentano la principale causa di morte nel mondo. Secondo l’Organizzazione Mondiale della Sanità, ogni anno muoiono 17,9 milioni di persone a causa di malattie cardiovascolari. Per il preavviso e il trattamento accurato delle malattie cardiovascolari, è importante monitorare continuamente i parametri emodinamici, tra cui pressione sanguigna (BP), frequenza cardiaca (HR), resistenza periferica (PR) ed elasticità vascolare. I dispositivi indossabili morbidi sono adatti al monitoraggio di segnali fisiologici come segnali di elettrocardiogramma (ECG), segnali di fonocardiogramma (PCG) e onde di polso con i vantaggi della capacità di funzionamento in tempo reale, proprietà meccaniche simili alla pelle e capacità di rilevamento ad alto SNR. Tuttavia, il sistema cardiovascolare umano è complicato e distribuito con circolazione di rete. I parametri emodinamici monolitici ottenuti dagli attuali dispositivi indossabili non possono riflettere in modo adeguato e preciso lo stato di salute del sistema vascolare regionale. È urgentemente necessaria una tecnica di monitoraggio emodinamico spaziotemporale per soddisfare la domanda sempre crescente di trattamento clinico e di gestione sanitaria quotidiana del sistema cardiovascolare.

La tecnica di rilevamento della fibra ottica distribuita (DOF) rappresentata dal reticolo di fibra di Bragg (FBG) è ideale per il monitoraggio emodinamico spaziotemporale. La sua capacità di rilevamento multicanale distribuito spazialmente, l'eccellente sincronizzazione temporale e l'assenza di interferenze elettromagnetiche gettano le basi per il monitoraggio multiplo di segnali fisiologici ad alto SNR. Tuttavia, la fibra ottica tradizionale ha proprietà meccaniche molto distinte con la pelle e una bassa risposta ai segnali fisiologici considerando il suo materiale di silice rigido e fragile e il diametro spesso di 125 μm, che la rendono difficile da indossare sul corpo in modo stabile e confortevole. La tecnologia dell'imballaggio flessibile è stata utilizzata per risolvere il disadattamento meccanico. Tuttavia, l’eccessivo incapsulamento spesso e la bassa sensibilità dei dispositivi FBG commerciali rappresentano un ostacolo nel rilevamento di segnali fisiologici sottili, limitando così le loro potenziali applicazioni nei dispositivi indossabili. È stato dimostrato che le microfibre ottiche hanno eccellente flessibilità, configurabilità e ampi campi evanescenti per un rilevamento ad alta sensibilità. Tuttavia, i dispositivi esistenti basati sulla microfibra ottica sono difficili da ottenere capacità di rilevamento multiparametro distribuite spazialmente, sincronizzate nel tempo senza una strategia di codifica della lunghezza d'onda.

Gli autori di questo articolo propongono una tecnica di monitoraggio emodinamico spaziotemporale basata su un gruppo reticolare in microfibra simile alla pelle. La tecnica utilizza la tecnologia della microfibra e dell'imballaggio flessibile ultrasottile per preparare cerotti in microfibra simili alla pelle. Riducendo efficacemente il modulo equivalente del dispositivo e l'area della sezione trasversale della microfibra, la risposta allo stress del cerotto viene migliorata di 2 ordini di grandezza (la sensibilità è 5,26 nm/N sotto uno stress entro 50 mN). Mostra anche grande ripetibilità e stabilità sotto 10.000 cicli di sollecitazione. Inoltre, la tecnica impiega la tecnologia di scrittura diretta laser a femtosecondi per inscrivere in modo non invasivo i reticoli di Bragg all'interno della microfibra, fornendo diverse codifiche di lunghezza d'onda per più patch in microfibra, consentendo capacità di rilevamento multicanale sincrono. Collegando i cerotti a reticolo in microfibra (μFBG) in serie, è possibile rilevare simultaneamente più segnali fisiologici in diversi nodi del corpo umano e distinguerli in base a diverse lunghezze d'onda di lavoro. Poiché i segnali fisiologici basati sulla luce si propagano quasi alla velocità della luce nel gruppo μFBG, la sincronizzazione temporale è limitata solo dall'interrogatore FBG. Rilevando il segnale del ballistocardiografo prossimale (BCG) e l'onda del polso distale in ciascuna arteria superficiale del sistema cardiovascolare umano, quindi calcolando il tempo di trasmissione dell'onda del polso (PTT), viene stabilita la tecnologia di monitoraggio dell'emodinamica spaziotemporale.