Недавние работы и дальновидные направления на будущее подробно описаны в новой статье в открытом доступе Антонио Пиффери и его коллег из Политехнического университета Милана и Института фотоники и нанотехнологий CNR, опубликованной в Журнале биомедицинской оптики Международным обществом оптики и фотоники SPIE.
Статья является частью специального раздела, посвященного клинической спектроскопии и визуализации в ближнем инфракрасном диапазоне, под руководством приглашенных редакторов Марко Феррари (Universita degli Studi dell’Aquila), Джозефа Калвера (Медицинская школа Вашингтонского университета в Санкт-Петербурге). Луи), Йоко Хоши (Токийский столичный институт медицинских наук) и Хайдрун Вабниц (Physikalisch-Technische Bundesanstalt).
Желательность неинвазивного исследования тканей человека и их функций породила новые физические концепции, теоретические модели, инструменты, подходы к измерениям и приложениям, отмечают авторы в статье «Новые рубежи в диффузной оптике во временной области."
Авторы утверждают, что мы находимся на заре следующего поколения систем временной области с прорывом в производительности, размере, стоимости и гибкости, которые могут оказать большое влияние на новые и широко распространенные приложения.
Этот прорыв стал возможен благодаря впечатляющим достижениям в области обнаружения одиночных фотонов, усиленным физикой высоких энергий и системами позитронно-эмиссионной томографии.
При диффузном оптическом изображении свет вводится на поверхность среды, например на тело. Световой сигнал повторно излучается в другом месте на поверхности и анализируется на предмет того, как он изменился.
Анализ дает информацию о химическом составе тканей, их плотности и других аспектах.
Простейшие методы сравнивают свойства непрерывной волны исходного сигнала и повторно излучаемого света.
Системы, которые также анализируют изменения частоты или времени светового сигнала, предоставляют дополнительные данные.
В современных методах используются технологии, которые позволяют преобразовывать сигнал в цифровое время, обеспечивая еще более подробную информацию.
Носимые устройства во временной области уже были разработаны для систем непрерывного излучения, что позволяет проводить исследования по выявлению рака груди, картированию мозга, мониторингу мышц и неинвазивной оценке липидов, костей и коллагена. Методы временной области также использовались для неразрушающего контроля качества пищевых продуктов, древесины, фармацевтических препаратов и полупроводников.
В течение следующих 20 лет исследователи предполагают, что такие системы станут меньше, что сделает возможной их интеграцию в носимые устройства, и умнее, повысив общую точность обнаружения и идентификации компонентов тканей.
Устройства будущего могут использоваться в мониторах мозга или мышечных оксиметрах, даже для обнаружения in vivo функции мозга во время двигательных или когнитивных задач.
«Уникальность технологий будущего заключается в том, что они способны неинвазивно и более глубоко исследовать функции человека и химический состав, но с простыми личными приборами, которые можно использовать дома и которые совместимы с нормальной жизнью», — сказал Пиффери.
Будут доступны недоступные в настоящее время органы и функции, в том числе сердце.
Как это ни удивительно, отметил Пиффери, после того, как термометр и измеритель артериального давления, не так много других диагностических устройств для личного здравоохранения были принесены в дом.
«Новые интеллектуальные датчики, взаимодействующие в окружающей среде и передающие скрытую внутреннюю информацию через облако, заполнят Интернет вещей в интересах клинических, промышленных и потребительских приложений», — сказал он.
«За 20 лет, посвященных продвижению использования света для диагностики человека, журнал биомедицинской оптики стал свидетелем эволюции таких систем в сторону портативных, компактных клинических инструментов», — сказал Феррари, пионер клинической ближней инфракрасной спектроскопии, в том числе ранние спектральные измерения во временной области на предплечье человека. «В ближайшие 20 лет мы, вероятно, совершим еще большую революцию, сократив возможности глубокого обнаружения до миниатюрных интеллектуальных оптодов, каждый из которых мощнее одного современного инструмента."
Он отметил, что исследования, с одной стороны, постепенно усложняются, с использованием сотен или тысяч умных оптодов для изучения взаимосвязи мозга, основ поведения мозга и многих неврологических расстройств.
В то же время Феррари сказал: «Также продвигается работа по созданию простого переносного датчика, который поможет психологам и нейрофизиологам понять поведение человека на многих уровнях, в реальных условиях и стимулах."