利用硅光子學(xué)的移動心臟監(jiān)護儀

Mobile cardiac monitor to leverage silicon photonics

一個由歐盟資助的新的500萬歐元H2020項目旨在開發(fā)一種硅光子學(xué)移動診斷設(shè)備，以識別和描述心血管疾病（CVD）的不同階段，包括狹窄和心力衰竭的檢測。

由研究機構(gòu)imec和根特大學(xué)（Ghent University）牽頭，與美敦力（Medtronic）和其項目合作伙伴一道，內(nèi)部的H2020項目將尋求商業(yè)化和制造原型設(shè)備的途徑，該原型設(shè)備是先前CARDIS（集成硅光子學(xué)心血管疾病檢測）項目的一部分。根據(jù)H2020，CARDIS項目獲得了約360萬歐元的資金，2017年通過實驗室驗證了第一臺可移動、低成本硅光子學(xué)集成激光振動計。

根據(jù)世界衛(wèi)生組織的數(shù)據(jù)，心血管疾病是全球頭號死因，每年導(dǎo)致近1800萬人死亡。作為早期診斷和干預(yù)的一部分，監(jiān)測血流變化可以指示心臟收縮泵血方式的異常，以及動脈直徑或彈性的變化，所有這些都是心血管疾病的潛在指標。歐盟資助的內(nèi)部項目正在開發(fā)一種手持式激光多普勒干涉儀，利用硅光子學(xué)和高效算法，對選定的心血管參數(shù)進行實時信號分析。這種低成本的監(jiān)測設(shè)備有望滿足未滿足的需求，對患者和醫(yī)療保健系統(tǒng)具有重要意義。

“內(nèi)部項目是由H2020項目的顯著成果引發(fā)的。與CARDIS項目合作伙伴一起，開發(fā)了一種可移動、價格合理的CVD看護點篩查設(shè)備。imec小組組長、根特大學(xué)教授Roel Baets說：“通過與患者進行最少的身體接觸和操作員的最低技能，該設(shè)備能夠快速可靠地測量與CVD相關(guān)的生物物理信號?！??！皟?nèi)部項目的目標是使這臺CARDIS原型設(shè)備朝著已證實的醫(yī)學(xué)實用性和商業(yè)化邁進了一大步?！?br />
CARDIS的工作原理，使用硅光子學(xué)來監(jiān)測各種指示心血管疾病（CVD）的參數(shù)。

Measuring heartbeat using Doppler shift

利用多普勒頻移測量心跳

該裝置的工作原理是激光多普勒測振法（LDV）：一個低功率激光直射覆蓋在動脈上的皮膚。從反射光束的多普勒頻移中提取出由心跳產(chǎn)生的皮膚振動幅度和頻率。關(guān)鍵的底層技術(shù)是硅光子學(xué)，允許在CMOS晶圓廠環(huán)境中生產(chǎn)的芯片中實現(xiàn)先進的光學(xué)功能。

在巴黎（法國）喬治蓬皮杜歐洲醫(yī)院和馬斯特里赫特學(xué)術(shù)醫(yī)院（荷蘭）對心臟原型裝置進行了首次臨床可行性研究，從健康受試者和心血管疾病患者中收集了大量的臨床數(shù)據(jù)集。設(shè)備讀數(shù)的質(zhì)量非常好，所有受試者都可以獲得足夠的生物物理信號，即使醫(yī)學(xué)病理學(xué)相關(guān)標記的算法翻譯還需要進一步的工作。

因此，Baets補充道，“CARDIS項目非常有希望的結(jié)果刺激了聯(lián)合體采取下一步行動，并致力于使原型成為一個真正可制造的產(chǎn)品，這對全科醫(yī)生和心臟病專家的日常實踐是有用的?！?/p>

為了使CARDIS原型設(shè)備走向商業(yè)化，內(nèi)部項目將開發(fā)一種手持式臨床、電池操作的研究設(shè)備，能夠測量、量化和記錄心血管狀況；開發(fā)算法，將干涉儀信號轉(zhuǎn)換成與監(jiān)測和診斷許多心血管疾病（CVD）相關(guān)的數(shù)據(jù)；并在臨床可行性研究中證明該設(shè)備對GPs和心臟病專家的有用性。

這個新項目的目標是開發(fā)一種用于手持設(shè)備的光學(xué)子系統(tǒng)和組件的商業(yè)化
這將涉及研究、設(shè)計和制造光學(xué)子系統(tǒng)和組件，包括帶多分支激光干涉儀的光子集成芯片（PIC）、集成光探測器以及外部微光激光組件的輸入端口、微光激光組件和微光學(xué)透鏡系統(tǒng)。然后將研究如何整合子系統(tǒng)，并建立一個多光束干涉激光測振儀。

在這個為期四年的項目下，InSiDe還將為所有子系統(tǒng)及其集成步驟開發(fā)一個可擴展到高容量的流程；研究和開發(fā)生物力學(xué)模型，將與皮膚水平振動相關(guān)的光信號轉(zhuǎn)換為潛在的CVD生理事件；并在臨床環(huán)境中驗證該系統(tǒng)。

InSiDe得到了歐盟信息和通信技術(shù)行業(yè)領(lǐng)先地位地平線2020框架計劃（H2020）和光子學(xué)公私合作伙伴Photonics21的支持。在接下來的四年里，InSiDe將由imec通過位于根特大學(xué)的相關(guān)實驗室（信息技術(shù)系的光子學(xué)研究小組）管理。Medtronic Bakken研究中心（荷蘭）將負責該項目的科學(xué)技術(shù)協(xié)調(diào)。其工業(yè)、學(xué)術(shù)和臨床合作伙伴將把專業(yè)知識帶到該項目中：根特大學(xué)（比利時）、意大利都靈理工大學(xué)（意大利）、廷德爾國家研究所（愛爾蘭）、微芯片技術(shù)（英國）、阿爾戈泰克（捷克共和國）、國家衛(wèi)生與醫(yī)學(xué)研究所-INSERM（法國），比利時馬斯特里赫特大學(xué)。

總結(jié)

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