Мягкий оптический патч отследил ночные изменения водного сигнала тканей лба
Исследователи Georgia Tech разработали мягкий трёхволновый оптический патч для ночной регистрации изменений гемодинамики и содержания воды в тканях лба. Работа опубликована в Science Advances. Устройство выполнено на гибкой печатной плате, закрыто силиконовым эластомером Ecoflex и фиксируется на коже адгезивным слоем.
В оптическом тракте используются светодиоды 640, 680 и 950 нм и спектральный фотодетектор AS7341. Первые две длины волны лежат в красной видимой области, третья — в ближнем ИК-диапазоне. Источник и приёмник разнесены примерно на 30 мм, измерение ведётся в отражательной геометрии. Из изменений оптической плотности рассчитываются относительные каналы оксигемоглобина HbO, дезоксигемоглобина HbR и воды H2O. Обработка основана на модифицированном законе Бугера — Ламберта — Бера с коэффициентами дифференциального пути DPF.
Патч оцифровывает сигнал с частотой 10 Гц и передаёт поток по BLE на внешний компьютер для хранения и последующей обработки. Питание обеспечивает Li-poly аккумулятор 110 мА·ч с номинальным напряжением 3.7 В. При постоянно включённых светодиодах и непрерывной радиопередаче среднее потребление составило 70–75 мВт, а автономность — около 5.5 часа. Такой режим короче типичной ночи; увеличение батареи и импульсное управление излучателями пока остаются направлениями доработки. После 60 минут работы температура поверхности по данным тепловизора не превышала 41 °C.
Мягкая конструкция улучшила оптический контакт при движении. Средний SNR гибкого варианта составил 12.72 дБ в положении сидя, 7.44 дБ при ходьбе и 9.5 дБ при подъёме. Для жёсткой платы получены соответственно 6.42, 2.38 и 2.38 дБ. Разница показывает влияние микросмещений датчика и давления на кожу: для отражательной NIRS механика крепления непосредственно определяет качество фотометрического сигнала.
В основном эксперименте участвовали четыре здоровых мужчины 28–37 лет. Всего получено 16 ночных записей с одновременной регистрацией EEG и EOG для определения стадий сна. Авторы обнаружили согласованные со структурой сна изменения расчётного канала Δ[H2O] и связывают их с процессами глимфатического обмена.
Патч регистрирует суммарный отклик кожи, подкожных сосудов, черепа и более глубоких тканей. Короткого канала источник–детектор для вычитания поверхностной составляющей в прототипе нет. Положение тела, дыхание, температура и изменение прижима также способны влиять на результат. Прямая проверка с помощью контрастной MRI или другого метода регистрации движения ликвора не проводилась, поэтому связь с глимфатическим клиренсом остаётся гипотезой. Полученные данные демонстрируют работоспособность носимого оптического тракта, но клиническая диагностическая пригодность устройства пока не установлена.