肺模型證明光譜技術(shù)的可行性

深吸一口氣?，F(xiàn)在想象一下你的肺：無(wú)數(shù)的氣道像樹(shù)枝，每個(gè)氣道都有像葉子一樣的小肺泡。這種肺泡結(jié)構(gòu)是吸收氧氣和排泄二氧化碳的關(guān)鍵，我們稱之為“呼吸”。當(dāng)我們呼吸時(shí)，肺中的氣體體積隨著吸氣和呼氣的不同程度而不斷變化。這些卷在醫(yī)學(xué)上對(duì)呼吸病理的臨床評(píng)估和診斷很重要。

一種被稱為散射介質(zhì)中氣體吸收光譜 (GASMAS) 的基于光的技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)呼吸量的無(wú)創(chuàng)光學(xué)傳感。使用可調(diào)二極管激光光譜，GASMAS 將光信號(hào)轉(zhuǎn)化為測(cè)量氣體濃度的信息。被稱為“幻影”的參考模型提供了相關(guān)功能，可幫助生物醫(yī)學(xué)光學(xué)研究人員識(shí)別 GASMAS 技術(shù)的技術(shù)挑戰(zhàn)和潛在應(yīng)用。

正如《生物醫(yī)學(xué)光學(xué)雜志》(Journal of Biomedical Optics)報(bào)道的那樣，愛(ài)爾蘭廷德?tīng)枃?guó)立研究所 (TNI) 的科學(xué)家最近開(kāi)發(fā)了一種肺模型，可以模仿肺的光學(xué)特性和結(jié)構(gòu)，包括微小的肺泡。肺泡解剖結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性意味著以前最先進(jìn)的肺模型已經(jīng)忽略了它。用這種新型肺體模完成的工作證明了 GASMAS 在模擬肺組織的受控環(huán)境中感知?dú)怏w體積變化的可行性。

以前將 GSMAS 用于呼吸保健的臨床工作主要集中在新生兒身上，因?yàn)樗麄兎尾恐車谋Ｗo(hù)器官的厚度在近紅外光的穿透深度范圍內(nèi)。根據(jù)第一作者、Biophotonics@Tyndall Group 博士生 Andrea Pacheco 的說(shuō)法，GASMAS 技術(shù)在新生兒之外的擴(kuò)展將取決于小型化和肺內(nèi)窺鏡與 GASMAS 探頭集成的進(jìn)展。“在這個(gè)方向上的進(jìn)一步步驟可能是在類似內(nèi)窺鏡的幾何形狀中排列兩個(gè)微型 GASMAS 探頭，并使用我們的體模來(lái)確定信號(hào)質(zhì)量和最佳源-探測(cè)器分離，”她說(shuō)。Pacheco 和她的合著者展示了重建肺組織所涉及的基本原則。

肺幻影挑戰(zhàn)

為了模擬肺泡，TNI 生物光子學(xué)團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)的新型肺體模具有毛細(xì)血管系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以可變地逐漸填充與肺組織的光學(xué)特性相匹配的液體，從而允許模擬充滿空氣的肺泡囊的增量可變空氣袋.光傳輸對(duì)應(yīng)于毛細(xì)血管內(nèi)容??，類似于肺的膨脹和收縮。這一切都發(fā)生在一個(gè)精心控制的環(huán)境中，模擬身體的濕度和溫度，通常保持在 ~37 攝氏度。

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