Réseau de détection photonique de la peau pour le cardiovascu

Jul 29, 2023

Compuscript Ltd

image : Figure 1. Patch à réseau de Bragg en microfibre ressemblant à de la peau (μFBG).Voir plus

Crédit : OEA

Une nouvelle publication d'Opto-Electronic Advances, 10.29026/oea.2023.230018, traite de la surveillance hémodynamique spatio-temporelle via un groupe de réseaux de Bragg en microfibre semblable à une peau configurable.

Les maladies cardiovasculaires sont la première cause de décès dans le monde. Selon l'Organisation mondiale de la santé, 17,9 millions de personnes meurent chaque année à cause de maladies cardiovasculaires. Pour prévenir et traiter avec précision les maladies cardiovasculaires, il est important de surveiller en permanence les paramètres hémodynamiques, notamment la pression artérielle (TA), la fréquence cardiaque (FC), la résistance périphérique (PR) et l'élasticité vasculaire. Les appareils portables souples sont bien adaptés à la surveillance de signaux physiologiques tels que les signaux d'électrocardiogramme (ECG), les signaux de phonocardiogramme (PCG) et les ondes de pouls, avec les avantages d'une capacité de fonctionnement en temps réel, de propriétés mécaniques semblables à celles de la peau et d'une capacité de détection à SNR élevé. Cependant, le système cardiovasculaire humain est complexe et distribué avec une circulation en réseau. Les paramètres hémodynamiques monolithiques obtenus par les dispositifs portables actuels ne peuvent pas refléter de manière adéquate et précise l'état de santé du système vasculaire régional. Une technique de surveillance hémodynamique spatio-temporelle est nécessaire de toute urgence pour satisfaire la demande toujours croissante de traitement clinique et de gestion quotidienne de la santé du système cardiovasculaire.

La technique de détection par fibre optique distribuée (DOF) représentée par le réseau de Bragg à fibre (FBG) est parfaitement adaptée à la surveillance hémodynamique spatio-temporelle. Sa capacité de détection multicanal répartie dans l’espace, son excellente synchronisation temporelle et l’absence d’interférence électromagnétique constituent une base pour la surveillance de plusieurs signaux physiologiques à SNR élevé. Cependant, la fibre optique traditionnelle présente une propriété mécanique très distincte avec la peau et une faible réponse aux signaux physiologiques compte tenu de son matériau de silice rigide et cassant et de son diamètre épais de 125 μm, ce qui la rend difficile à porter sur le corps de manière stable et confortable. La technologie de l’emballage flexible a été utilisée pour remédier à l’inadéquation mécanique. Néanmoins, une encapsulation épaisse excessive et la faible sensibilité des dispositifs FBG commerciaux constituent un obstacle à la détection de signaux physiologiques subtils, limitant ainsi leurs applications potentielles dans les dispositifs portables. Il a été prouvé que les microfibres optiques présentent une excellente flexibilité, une grande configurabilité et de grands champs évanescents pour une détection à haute sensibilité. Cependant, les dispositifs existants basés sur la microfibre optique sont difficiles à obtenir des capacités de détection spatialement distribuées, synchronisées dans le temps et multiparamètres sans une stratégie de codage de longueur d'onde.

Les auteurs de cet article proposent une technique de surveillance hémodynamique spatio-temporelle basée sur un groupe de réseaux en microfibres de type peau. La technique utilise des microfibres et une technologie d'emballage flexible ultra-mince pour préparer des patchs en microfibre semblables à la peau. En réduisant efficacement le module équivalent du dispositif et la surface transversale de la microfibre, la réponse à la contrainte du patch est améliorée de 2 ordres de grandeur (la sensibilité est de 5,26 nm/N sous une contrainte inférieure à 50 mN). Il présente également une grande répétabilité et stabilité sous 10 000 cercles de contrainte. De plus, la technique utilise une technologie d'écriture directe au laser femtoseconde pour inscrire de manière non invasive des réseaux de Bragg à l'intérieur de la microfibre, fournissant ainsi différents codages de longueur d'onde pour plusieurs patchs en microfibre, permettant ainsi les capacités de détection multicanaux synchrones. En connectant des patchs à réseau de microfibres (μFBG) en série, plusieurs signaux physiologiques à différents nœuds du corps humain peuvent être détectés simultanément et distingués par différentes longueurs d'onde de travail. Étant donné que les signaux physiologiques basés sur la lumière se propagent à une vitesse proche de la vitesse de la lumière dans le groupe μFBG, la synchronisation temporelle n'est limitée que par l'interrogateur FBG. En détectant le signal du balistocardiographe proximal (BCG) et l'onde de pouls distale au niveau de chaque artère superficielle du système cardiovasculaire humain, puis en calculant le temps de transmission de l'onde de pouls (PTT), la technologie de surveillance de l'hémodynamique spatio-temporelle est établie.