Kardiyovasküler Sağlığın Melodisini Çözmek

Uzun süredir bulaşıcı olmayan hastalıklar, kardiyovasküler hastalıkların (CVD) bir numaralı katil olmasıyla birlikte, küresel sağlık ve kalkınmanın önündeki en büyük zorluklardan birini oluşturdu. [1]. CVD’nin oluşumu ve gelişimi ilerleyicidir. Bu nedenle, bunları erken bir aşamada teşhis etmek ve önlemek ve savunmasız bireyler için riski azaltmak için zamanında uyarıları etkinleştirmek zorunludur. Şu anda, çoğu KVH taraması, önleme ve kontrol için bir hastanın durumunun sınırlı sürekli izlenmesi ile ayakta tedavi testlerine dayanmaktadır. Yıllar geçtikçe, esnek elektronik teknolojisindeki gelişmeler, fizyolojik durumun sürekli olarak izlenmesini sağlamıştır. Bu, fotopletismografi (PPG) kullanan oksijen sensörlerini içerir. [2]titreşime dayalı tansiyon sensörleri [3]veya özellikli ultrason [4]. Bununla birlikte, bu sensörler, CVD izleme için gerekli olan kesinlik ve karakterizasyon zenginliği açısından genellikle yetersiz kalmaktadır. Sonuç olarak, esnek sensörler kullanarak CVD için gerçek zamanlı önleme, kontrol ve uyarı sağlama zorluğu önemli olmaya devam ediyor.

Fotoakustik (PA) olarak da bilinen optoakustik (OA), çok işlevli görüntülemeden etkilenen ekibimiz, esnek bir optoakustik kan ‘steteskopu’ (OBS) önerdi. OBS, kan kromoforlarında mekanik titreşimleri indüklemek için kana ışık veren ve ardından ortaya çıkan kan sinyallerini akustik dalgalar olarak algılayan OA etkisi etrafında tasarlanmıştır. Bu çok katmanlı cihaz, ışık dağıtımı için önceden delinmiş deliklere sahip bir mikro lens dizisinden ve akustik alıcı görevi gören alternatif bir piezoelektrik sensör dizisinden oluşur. Esnek bir aparat olarak tasarlanan OBS, esnek elektronik teknolojisini bünyesinde barındırarak cilde yapışabilmektedir. Cihazımıza kan “stetoskopu” adını verdik çünkü geleneksel bir stetoskopa benzer şekilde, kanın özelliklerini belirlemek için akustik dalgaları “dinliyor”. Bu öncü teknolojiden yararlanan OBS, çeşitli kan parametrelerinin sürekli izlenmesi için potansiyel sunarak sahada süregelen zorluklara çözüm getirir.

Şekil 1 | OBS’nin tasarımı ve çalışma prensibi. el yüzeyine lamine edilmiş OBS’nin şematik gösterimi. OBS, optoakustik etkiye dayalıdır ve hipoksiyi, ekzojen ajan bozulmasını, vasküler uyumu ve endotel disfonksiyonunu izleyebilir. Bu arada OBS, kan bilgilerini bir 3B dağıtım modeline eşleyebilir. B OBS’nin şematik düzeni: optik (mikro lens) ve akustik (piezo-katmanlı) elemanların bağlantı, yalıtım, elektrot ve kapsülleme katmanlarıyla çok katmanlı bir entegrasyonu. Bkz. Yöntemler ve Ek Şekiller. Ayrıntılı OBS üretim süreci için 1–2. C Bükme altında OBS’nin fotoğrafı. D İnsan bileğine yakından bağlı esnek bağlantı devrelerine sahip OBS’nin fotoğrafı. e Çapraz dağıtılmış akustik ve optik düğümler. f, g Tek bir optiğin patlatılmış görünümü (F) ve akustik (G) düğüm.

Yakın zamanda yayınlanan esnek ultrason problarındaki tasarım ilkelerinden farklı [4-7], çabamız, AE ilkelerini içeren yeni bir tasarım çerçevesi tasarlamaktı. Temel zorluğun, optik ve akustik alanlar arasındaki eşleşmeyi optimize etmeye odaklandığını fark ettik. Etkili OA görüntüleme için, ışık aydınlatması hem geniş hem de tekdüze olmalıdır, akustik alıcılar ise kapsamlı sinyal alım kapsamını garanti etmek için sıkışık bir düzenleme talep eder. Bu önkoşullara yönelik sezgisel bir yaklaşım, engelsiz ışık iletimini kolaylaştıran tamamen şeffaf bir ultrason probu önerebilir. Bununla birlikte, ne şu anda mevcut şeffaf elektrotlar ne de piezoelektrik malzemeler, OA tespitinin hassasiyet gereksinimlerini tatmin edici bir şekilde karşılayamaz. Ekibimiz yeni malzemeleri araştırmak yerine yapısal bir yenilik elde etmeyi seçti. Optik ve akustik elemanların çapraz bir modelde organize edildiği, önceden delinmiş delikler yoluyla ışık iletimini korurken ve odaklanan bir mikrolens dizisini katmanlayarak akustik alan kapsamını en üst düzeye çıkaran bir dizi probu tasarladık. Bu tasarım, probun kompaktlığını hem optik hem de akustik alanların sağlamlığı ile birleştirir.

Işık ve ses eşleşmesinin ele alınması, ışığın lazerden OBS’ye iletilmesiyle ilgili hususları da içerir. Görüntüleme penceresinin ötesindeki boş alan ışık iletimi, OBS’nin iletim verimliliğini büyük ölçüde azaltabilir. Elektroda çarpan kaçak ışık potansiyel olarak ani gürültü oluşturabilir ve hatta cihaza zarar verebilir. Uzun yıllar süren çabaların ardından ekibimiz, ışık enerjisinin kullanımını önemli ölçüde artıran, uyarma ışık akışı ihtiyaçlarını azaltan ve daha az güçlü lazer kaynaklarının uygulanmasına izin veren ayrı bir fiber demeti ışık dağıtım sistemini tanıttı.

Bu çığır açan içgörülerden ortaya çıkan esnek OBS hayata geçirildi. Başlangıcından sonra, bir dizi deneysel değerlendirme yoluyla titiz bir doğrulama prosedürü başlattık. Fareler üzerinde yapılan ilk testler, OBS’nin atardamarlar ve toplardamarlardaki oksijen doygunluğunu etkili bir şekilde görüntülemesine ve kandaki eksojen kontrast maddelerinin metabolizmasını izlemesine izin verdi. İnsan denekler üzerinde yapılan diğer deneyler, venöz esnekliği değerlendirdi ve arteriyel Akış Aracılı Genişlemeyi (FMD) ölçtü. Bu ikna edici sonuçlar, KVH için önleyici stratejilere yeni bir ışık tutarak, sürekli kardiyovasküler durum izleme için OBS’nin ileriye dönük uygulamasını göstermektedir.

“Noninvazif multiparametrik kardiyovasküler izleme için esnek bir optoakustik kan ‘steteskopu'” başlıklı bu çalışma Nature Communications’da (https://doi.org/10.1038/s41467-023-40181-5) yayınlandı.

Referans
[1] Al-Mawali, Adhra. “Bulaşıcı olmayan hastalıklar: Umman’ın en büyük katili olan kardiyovasküler hastalığa ışık tutmak.” Umman tıp dergisi 30.4 (2015): 227.
[2] Hosanee, Manish ve ark. “Kan basıncı izleme için manşonsuz tek bölgeli fotopletismografi.” Journal of Clinical Medicine 9.3 (2020): 723.
[3] Meng, Keyu ve ark. “Kalp-damar hastalıklarının sürekli teşhisini ve manşetsiz kan basıncının ölçülmesini sağlayan, esnek dokuma yapılı kendi kendine çalışan basınç sensörü.” Gelişmiş İşlevsel Malzemeler 29.5 (2019): 1806388.
[4] Wang, Chonghe ve ark. “Merkezi kan basıncı dalga formunun uyumlu bir ultrasonik cihaz aracılığıyla izlenmesi.” Doğa biyomedikal mühendisliği 2.9 (2018): 687-695.
[5] Hu, Hongjie ve ark. “Karmaşık yüzeylerde üç boyutlu görüntüleme için gerilebilir ultrasonik transdüser dizileri.” Bilim ilerlemeleri 4.3 (2018): eaar3979.
[6] Wang, Chonghe ve ark. “Gerilebilir ultrasonik aşamalı dizilerle derin doku hemodinamiğinin sürekli izlenmesi.” Doğa biyomedikal mühendisliği 5.7 (2021): 749-758.
[7] Lin, Muyang ve ark. “Hareketli deneklerde derin dokuları izlemek için tam entegre giyilebilir ultrason sistemi.” Doğa Biyoteknolojisi (2023): 1-10.

Bir yanıt yazın

E-posta adresiniz yayınlanmayacak. Gerekli alanlar * ile işaretlenmişlerdir