Rede de detecção fotônica de pele para cardiovascu

Jul 29, 2023

Compuscript Ltda

imagem: Figura 1. Patch de rede de Bragg de microfibra semelhante à pele (μFBG).Veja mais

Crédito: OEA

Uma nova publicação da Opto-Electronic Advances, 10.29026/oea.2023.230018 discute o monitoramento hemodinâmico espaçotemporal por meio de um grupo configurável de rede de Bragg de microfibra semelhante à pele.

As doenças cardiovasculares são a principal causa de morte no mundo. Segundo a Organização Mundial da Saúde, 17,9 milhões de pessoas morrem todos os anos devido a doenças cardiovasculares. Para o tratamento prévio e preciso das doenças cardiovasculares, é importante monitorar continuamente os parâmetros hemodinâmicos, incluindo pressão arterial (PA), frequência cardíaca (FC), resistência periférica (RP) e elasticidade vascular. Dispositivos vestíveis macios são adequados para monitorar sinais fisiológicos, como sinais de eletrocardiograma (ECG), sinais de fonocardiograma (PCG) e ondas de pulso, com as vantagens da capacidade de operação em tempo real, propriedades mecânicas semelhantes às da pele e capacidade de detecção de alta SNR. No entanto, o sistema cardiovascular humano é complicado e distribuído com circulação em rede. Os parâmetros hemodinâmicos monolíticos alcançados pelos dispositivos vestíveis atuais não podem refletir de forma adequada e precisa o estado de saúde da vasculatura regional. Uma técnica de monitoramento hemodinâmico espaço-temporal é urgentemente necessária para satisfazer a demanda cada vez maior por tratamento clínico e gerenciamento diário da saúde do sistema cardiovascular.

A técnica de detecção de fibra óptica distribuída (DOF) representada pela rede de Bragg de fibra (FBG) é ideal para monitoramento hemodinâmico espaço-temporal. Sua capacidade de detecção multicanal distribuída espacialmente, excelente sincronização temporal e falta de interferência eletromagnética estabelecem a base para o monitoramento múltiplo de sinais fisiológicos de alto SNR. Porém, a fibra óptica tradicional possui uma propriedade mecânica bastante distinta com a pele e uma baixa resposta aos sinais fisiológicos considerando seu material de sílica rígido e quebradiço e diâmetro espesso de 125 μm, dificultando seu uso no corpo de forma estável e confortável. A tecnologia de embalagens flexíveis tem sido usada para resolver a incompatibilidade mecânica. No entanto, o encapsulamento espesso excessivo e a baixa sensibilidade dos dispositivos comerciais de FBG representam um obstáculo na detecção de sinais fisiológicos sutis, limitando assim as suas aplicações potenciais em dispositivos vestíveis. Foi comprovado que as microfibras ópticas possuem excelente flexibilidade, configurabilidade e grandes campos evanescentes para detecção de alta sensibilidade. No entanto, os dispositivos existentes baseados em microfibra óptica são difíceis de alcançar capacidades de detecção espacialmente distribuídas, sincronizadas no tempo e multiparâmetros sem uma estratégia de codificação de comprimento de onda.

Os autores deste artigo propõem uma técnica de monitorização hemodinâmica espaço-temporal baseada em um grupo de grade de microfibra semelhante à pele. A técnica emprega microfibra e tecnologia de embalagem flexível ultrafina para preparar adesivos de microfibra semelhantes à pele. Ao reduzir efetivamente o módulo equivalente do dispositivo e a área da seção transversal da microfibra, a resposta ao estresse do patch é melhorada em 2 ordens de grandeza (a sensibilidade é de 5,26 nm/N sob um estresse dentro de 50 mN). Também mostra grande repetibilidade e estabilidade sob 10.000 círculos de tensão. Além disso, a técnica emprega tecnologia de escrita direta a laser de femtosegundo para inscrever redes de Bragg de forma não invasiva no interior da microfibra, fornecendo diferentes codificações de comprimento de onda para vários patches de microfibra, permitindo as capacidades de detecção multicanal síncrona. Ao conectar patches de redes de microfibra (μFBG) em série, vários sinais fisiológicos em diferentes nós do corpo humano podem ser detectados simultaneamente e distinguidos por diferentes comprimentos de onda de trabalho. Como os sinais fisiológicos baseados em luz se propagam próximo à velocidade da luz no grupo μFBG, a sincronização de tempo é limitada apenas pelo interrogador FBG. Ao detectar o sinal do balistocardiógrafo proximal (BCG) e a onda de pulso distal em cada artéria superficial do sistema cardiovascular humano e, em seguida, calcular o tempo de transmissão da onda de pulso (PTT), a tecnologia de monitoramento hemodinâmico espaço-temporal é estabelecida.