心血管疾病可谓是威胁人类生命健康的“头号杀手”，长久以来，对心血管疾病的发生和发展的预防诊断都广受研究人员的关注。近期，浙江大学机械工程学院金浩然研究员联合新加坡南洋理工大学郑元谨/陈晓东团队发表研究论文：A flexible optoacoustic blood ‘stethoscope’ for noninvasive multiparametric cardiovascular monitoring，以光声血液多功能成像为研究核心，提出采用光声成像对血液进行连续动态的非侵入式成像，并将光声探头设计为柔性可贴敷于皮肤的设备，实现实时监测血液的多种参数，为心血管疾病的发生和发展提供预警和防控。该论文在顶级综合期刊Nature Communications上发表，金浩然研究员为论文第一作者，郑元谨教授和陈晓东教授为通讯作者。
连续监控的多功能个人医疗保健在下一代精密医学发展中备受关注，近年来，柔性电子技术的发展为人体生理状态信息的连续监测提供了可能，但目前的传感器在探测精细度以及表征丰富性上都难以满足心血管疾病监测需求。因而，本研究提出了可以与皮肤紧密粘附的柔性光声传感器，以光和声的混合成像方式，实现对血液连续的3D多参数检测的“听诊器”（OBS）。
图1: OBS的设计与工作原理
设计和原理
OBS设计集成了具有多层光学输送和声学接收的高密度互连节点，共包含25个光学和36个声学节点，每个光节点都被四个声节点包围，每个声节点周围有四个光节点，节点的跨分布设计可以有效实现光声的高性能耦合。
图2: 光学节点和声学节点的设计及其性能
灵活的OBS旨在测量过程中提高患者舒适感，材料柔软，不会损伤皮肤，并可以紧贴手、手腕或身体的任何其他部位任意弯曲，进行连续多日监测，远超现有的光声设备。
OBS是基于光声（OA）效应，将光线输入血液，触发血液团的机械振动，并接收机械振动所引发的声波。我们选择将设备称为“血液听诊器”正是因为，类似于传统听诊器，它能“倾听”声波所表征的血液特性。同时，在信息采集和输出同时，它还能将捕获的数据进行动态成像分析，加以定制算法重建3D血管模型，能检测多个生理生命体征，例如缺氧、外源剂衰减、血管依从性、内皮功能障碍等，从各个方面洞悉心血管功能的状态。
图3: 三维光声成像重建算法
实验
本设计还进行了大量的动物以及人体试验，包括动静脉血氧检测、血液标记物的代谢、静脉弹性以及动脉FMD测量等，验证了OBS在血液检测多个方面的可行性和有效性，突出了OBS对心血管疾病动态检测和诊断的潜力。
图4: 人体静脉血管阻塞测试
图5: 人体动脉血管FMD测试
图6: 缺氧和血管内外源性药物浓度衰减的动物测试
未来，本研究也将专注于通过集成更密集的声学和光学元件，优化光源，改进无线传输系统等各个方面，实现对动物和人类的分布式、移动化、实时监控。此外，进一步推进当前最先进的临床实践来拓宽OBS的应用，以加速移动医疗的发展，预防心血管相关疾病。