Ученые разработали новый бесконтактный метод измерения кровотока в руках

Исследовательская группа из Университета ИТМО и НМИЦ им. В. А. Алмазова предложила новый бесконтактный метод измерения кровотока в верхних конечностях. Метод основан на видеосъемке поверхности кожи в зеленом свете и регистрации поглощения эритроцитов.

Это позволяет судить о состоянии кровеносной системы и об эффективности регуляции кровотока. Результаты экспериментов показали, что предложенный метод не уступает в точности традиционным. При этом он проще в использовании, дешевле и подходит большему количеству пациентов. Работа опубликована в журнале Biomedical Optics Express.

Измерение кровотока в конечностях – важный диагностический показатель. По тому, насколько эффективно сердце поставляет кровь в конечности, можно судить о работе сердечно-сосудистой системы и об эффективности регуляции кровотока. Сегодня для измерения кровотока в конечностях используются контактные (тензиометрические) методы окклюзионной плетизмографии. Как правило, они основаны на регистрации изменения объема или диаметра конечности за счет наполнения кровью во время венозной окклюзии.

Окклюзия – это такой способ повлиять на кровоток, когда при небольшом давлении на руку прекращают венозный отток, не нарушая проходимость артерий. В результате можно определить кровоток, равный увеличению объема конечности за счет поступления в нее крови от сердца. Однако, системы для контактных измерений сложно настраивать и использовать. Кроме того, контактные методики дорогостоящи и требуют адаптации для каждого нового пациента.

Чтобы преодолеть ограничения стандартных методов, ученые из Университета ИТМО и НМИЦ им. В. А. Алмазова разработали бесконтактную систему измерения кровотока в верхних конечностях. Она основана на фотоплетизмографии. Эта методика позволяет отследить изменения кровенаполнения кожи с помощью видеосъемки динамики поглощения зеленого света. Когда на эритроцит попадает зеленый свет, отраженная волна меняет свою поляризацию. Камера регистрирует только этот измененный сигнал и по нему отслеживает, где эритроцитов больше всего. Причиной увеличения светопоглощения во время венозной окклюзии можно считать возрастание количества эритроцитов, возникающее, вероятнее всего, за счет расширения мелких вен верхнего слоя кожи.

Чтобы оценить точность измерений с помощью новой системы, ученые провели ряд экспериментов и сопоставили значения, полученные традиционным и новым способами. Экспериментальные измерения проводились на здоровых добровольцах. Сигнал регистрировался в течение нескольких циклов венозной окклюзии. Результаты оценки воздействия холода на работу сосудов, полученные новым методом, почти полностью совпали с результатами традиционных измерений.

«В данной работе мы использовали 4 камеры для бесконтактных измерений, чтобы обеспечить регистрацию сигнала со всех сторон руки. Это позволило бы нам выявить неоднородность сигнала, если она возникнет из-за разницы в работе капилляров на разных участках кожи. Мы сами разработали специальное программное обеспечение, заказывали и собирали технику, необходимую, чтобы синхронизировать и одновременно обработать поток данных с четырех камер. Но в ходе исследования мы увидели, что разница не велика, а значит в будущем измерения можно проводить только с одной камерой», – комментирует Алексей Камшилин, сотрудник Международного научно-технического центра «Вычислительная оптика, фотоника и визуализация изображений» Университета ИТМО.

Предложенный метод не позволяет напрямую измерить общий кожно-мышечный кровоток. Тем не менее, исследование подтвердило, что измерение кожного кровотока подвергается тем же регуляторным воздействиям, что и общий кровоток в конечности. Предложенный бесконтактный метод не уступает традиционным в точности, но при этом он дешевле, проще в использовании, подходит для большинства пациентов и применим не только для верхних, но и для нижних конечностей без дополнительной оптимизации. Как раз сейчас ученые работают над тем, чтобы адаптировать предложенный метод для ног.

Исследователи установили, что, регистрируя изменение поглощения зеленого цвета кожей при создании венозной окклюзии, можно определять состояние кровотока в ее верхних слоях. Меняя условия эксперимента, можно рефлекторно менять тонус сосудов и влиять на скорость кровотока. Это позволяет оценить состояние регуляции сосудистого сопротивления за счет нервных и других механизмов контроля. Их изменение наблюдается при целом ряде заболеваний, сопровождающихся поражением нервов и сосудов.

«Наша конечная цель – создание простого в использовании медицинского прибора для оценки кровотока как верхних, так и нижних конечностей, поскольку регистрация нарушения кровотока в ногах имеет важный дополнительный диагностический потенциал. Так, при диабете осложнения чаще всего затрагивают кожные покровы именно нижних конечностей. Есть даже такое понятие как «диабетическая стопа». Новая техника будет интересна как эндокринологам, так и сосудистым хирургам, которые занимаются лечением варикозной болезни вен нижних конечностей, а также восстановлением кровотока у пациентов с атеросклерозом артерий. При этом, многие изменения регуляции могут быть установлены на достаточно ранних стадиях заболевания, когда профилактика и лечение наиболее эффективны», – отмечает Олег Мамонтов, сотрудник Отделения функциональной диагностики НМИЦ им. В. А. Алмазова.

Ссылка:

Contactless monitoring of the blood-flow changes in upper limbs
Valeriy V. Zaytsev et. al. Biomedical Optics Express, October 12, 2018
https://www.osapublishing.org/boe/abstract.cfm?uri=boe-9-11-5387