利用硅光子学的移动心脏监护仪

利用硅光子学的移动心脏监护仪

Mobile cardiac monitor to leverage silicon photonics

一个由欧盟资助的新的500万欧元H2020项目旨在开发一种硅光子学移动诊断设备，以识别和描述心血管疾病（CVD）的不同阶段，包括狭窄和心力衰竭的检测。

由研究机构imec和根特大学（Ghent University）牵头，与美敦力（Medtronic）和其项目合作伙伴一道，内部的H2020项目将寻求商业化和制造原型设备的途径，该原型设备是先前CARDIS（集成硅光子学心血管疾病检测）项目的一部分。根据H2020，CARDIS项目获得了约360万欧元的资金，2017年通过实验室验证了第一台可移动、低成本硅光子学集成激光振动计。

根据世界卫生组织的数据，心血管疾病是全球头号死因，每年导致近1800万人死亡。作为早期诊断和干预的一部分，监测血流变化可以指示心脏收缩泵血方式的异常，以及动脉直径或弹性的变化，所有这些都是心血管疾病的潜在指标。欧盟资助的内部项目正在开发一种手持式激光多普勒干涉仪，利用硅光子学和高效算法，对选定的心血管参数进行实时信号分析。这种低成本的监测设备有望满足未满足的需求，对患者和医疗保健系统具有重要意义。

“内部项目是由H2020项目的显著成果引发的。与CARDIS项目合作伙伴一起，开发了一种可移动、价格合理的CVD看护点筛查设备。imec小组组长、根特大学教授Roel Baets说：“通过与患者进行最少的身体接触和操作员的最低技能，该设备能够快速可靠地测量与CVD相关的生物物理信号。”。“内部项目的目标是使这台CARDIS原型设备朝着已证实的医学实用性和商业化迈进了一大步。”

CARDIS的工作原理，使用硅光子学来监测各种指示心血管疾病（CVD）的参数。

Measuring heartbeat using Doppler shift

利用多普勒频移测量心跳

该装置的工作原理是激光多普勒测振法（LDV）：一个低功率激光直射覆盖在动脉上的皮肤。从反射光束的多普勒频移中提取出由心跳产生的皮肤振动幅度和频率。关键的底层技术是硅光子学，允许在CMOS晶圆厂环境中生产的芯片中实现先进的光学功能。

在巴黎（法国）乔治蓬皮杜欧洲医院和马斯特里赫特学术医院（荷兰）对心脏原型装置进行了首次临床可行性研究，从健康受试者和心血管疾病患者中收集了大量的临床数据集。设备读数的质量非常好，所有受试者都可以获得足够的生物物理信号，即使医学病理学相关标记的算法翻译还需要进一步的工作。

因此，Baets补充道，“CARDIS项目非常有希望的结果刺激了联合体采取下一步行动，并致力于使原型成为一个真正可制造的产品，这对全科医生和心脏病专家的日常实践是有用的。”

为了使CARDIS原型设备走向商业化，内部项目将开发一种手持式临床、电池操作的研究设备，能够测量、量化和记录心血管状况；开发算法，将干涉仪信号转换成与监测和诊断许多心血管疾病（CVD）相关的数据；并在临床可行性研究中证明该设备对GPs和心脏病专家的有用性。

这个新项目的目标是开发一种用于手持设备的光学子系统和组件的商业化
这将涉及研究、设计和制造光学子系统和组件，包括带多分支激光干涉仪的光子集成芯片（PIC）、集成光探测器以及外部微光激光组件的输入端口、微光激光组件和微光学透镜系统。然后将研究如何整合子系统，并建立一个多光束干涉激光测振仪。

在这个为期四年的项目下，InSiDe还将为所有子系统及其集成步骤开发一个可扩展到高容量的流程；研究和开发生物力学模型，将与皮肤水平振动相关的光信号转换为潜在的CVD生理事件；并在临床环境中验证该系统。

InSiDe得到了欧盟信息和通信技术行业领先地位地平线2020框架计划（H2020）和光子学公私合作伙伴Photonics21的支持。在接下来的四年里，InSiDe将由imec通过位于根特大学的相关实验室（信息技术系的光子学研究小组）管理。Medtronic Bakken研究中心（荷兰）将负责该项目的科学技术协调。其工业、学术和临床合作伙伴将把专业知识带到该项目中：根特大学（比利时）、意大利都灵理工大学（意大利）、廷德尔国家研究所（爱尔兰）、微芯片技术（英国）、阿尔戈泰克（捷克共和国）、国家卫生与医学研究所-INSERM（法国），比利时马斯特里赫特大学。