Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont démontré une surveillance non invasive à long terme des taux de sodium sanguin à l’aide d’un système qui combine la détection photoacoustique et la spectroscopie Terahertz. Une mesure précise du sodium sanguin est essentielle pour le diagnostic et la gestion des conditions telles que la déshydratation, la maladie rénale, la neuropathie spécifique et les troubles endocriniens.
Le rayonnement Terahertz, qui correspond entre la région rouge médio du micro-ondes et le spectre électromagnétique, est à faible énergie, non-résistance aux tissus, est moins dispersé que la lumière visible dans le quasi-infrarouge et est sensible aux changements biologiques structurels et fonctionnels, ce qui le rend idéal pour les applications biologiques.
« Pour les applications biomédicales, la spectroscopie Terahertz fait encore face à deux défis importants: détecter les molécules non d’eau dans des échantillons biologiques complexes et pénétrer les couches de tissus épaisses pour permettre la détection dans le corps. » En ajoutant une détection photoacoustique, nous avons pu surmonter ces défis et démontrer la première détection in vivo d’ions en utilisant des ondes de térahertz. Il s’agit d’une étape importante dans la mise en œuvre des techniques basées sur Terahertz à usage clinique. «
Dans Optica pour le Journal phare de l’Optica Publishing Group, les chercheurs décrivent un nouveau système photoacoustique Terahertz multispectral, montrant qu’il peut être utilisé pour une surveillance non invasive à long terme des concentrations de sodium chez les souris vivantes sans avoir besoin d’étiquettes. Les tests préliminaires effectués avec des volontaires humains étaient également prometteurs.
« Avec un développement ultérieur, cette technique peut être utilisée pour surveiller les niveaux de sodium chez les patients sans avoir besoin de collecte de sang », a déclaré Tian. « Les mesures de sodium en temps réel peuvent être utilisées pour corriger en toute sécurité les déséquilibres critiques des patients tout en évitant les complications neurologiques dangereuses qui peuvent se produire lorsque les niveaux de sodium changent rapidement. »
Utiliser le son pour couper le bruit
Cette nouvelle œuvre fait partie d’un projet à grande échelle visant à faire progresser et à mettre en œuvre la technologie Terahertz dans le domaine biomédical en utilisant la technologie photoacoustique de Terahertz. L’un des objectifs clés du projet est de réduire les interférences du signal causées par l’eau, qui absorbe fortement le rayonnement des coeurs de terre.
Pour surmonter cette interférence, les chercheurs ont développé un système modulaire qui irrade un échantillon avec des vagues Terahertz. Lorsque l’échantillon absorbe ces ondes, il vibre des ions sodium connectés aux molécules d’eau dans le sang, créant des ondes ultrasoniques détectées par le transducteur à ultrasons. Cette technique, connue sous le nom de détection photoacoustique, convertit l’énergie terrahearts absorbée en ondes sonores pour la mesure.
« La technologie photoacoustique de Terahertz représente une progression révolutionnaire dans les applications biomédicales en surmontant efficacement les barrières d’absorption d’eau qui ont historiquement été limitées par ces applications », a déclaré Tian. « L’importance plus large de cette étude va bien au-delà de la détection du sodium.
Suivi du sodium sans aiguille
Pour tester leur nouveau système, les chercheurs ont montré une augmentation des niveaux de sodium vasculaire dans les vaisseaux sanguins sous la peau des souris vivantes sur une échelle de temps en millisecondes pendant plus de 30 min. Ces mesures ont été prises dans les oreilles et la surface de la peau a été refroidie à 8 ° C pour atténuer le signal photoacoustique de fond de l’eau.
Les chercheurs ont également démontré que le système photoacoustique de Terrahearts peut rapidement distinguer les niveaux élevés et faibles de sodium dans des échantillons de sang humain. Enfin, ils ont mesuré de manière non invasivement mesuré les niveaux d’ions sodium dans les vaisseaux sanguins entre les mains des volontaires sains. Ils ont constaté que les signaux photoacoustiques détectés du sodium étaient proportionnels à la quantité de flux sanguin sous la surface de la peau, malgré les mesures collectées sans refroidissement de la peau. Bien que plus de travail soit nécessaire, ces résultats suggèrent que le système peut être utile pour une surveillance en temps réel non invasive.
Les chercheurs disent que l’adaptation du système à un usage humain nécessite d’identifier les sites de détection appropriés dans le corps humain qui peuvent résister à un refroidissement rapide et permettre une forte détection du signal avec un bruit de fond en eau minimal. Nous étudions également d’autres méthodes de traitement du signal qui peuvent permettre la suppression de l’interférence de l’eau sans avoir besoin de refroidissement, ce qui rend les approches diagnostiques cliniques plus pratiques.
