Дальневосточные ученые разработали новый метод диагностики состояния периферических сосудов по реакции кожи пациента на тепловое воздействие. С помощью нагрева ученые активизируют кровообращение в исследуемом участке кожи руки, записывают его видеоизображение в зеленом свете вместе с электрокардиограммой, и, анализируя полученные данные, оценивают тонус кровеносных сосудов. Этот метод прост в применении, не требует забора тканей для проведения анализа, но при этом достоверно отражает состояние сосудов человека. Авторами метода стали ученые подведомственного Минобрнауки России Института автоматики и процессов управления (ИАПУ) ДВО РАН.
Качество жизни, ее длительность и активность во многом зависит от состояния кровеносных сосудов. Изменение состояния сосудов регистрируется при сахарном диабете, атеросклерозе, гипертензии, ряде сердечно-сосудистых заболеваний, при склонности к тромбозу и варикозному расширению вен, а также у курящих людей. Оценка состояния периферических сосудов помогает выявить риски указанных заболеваний и контролировать процесс терапии.
Для оценки сосудов ученые предложили использовать метод визуализирующей фотоплетизмографии, разработанный и реализованный под руководством доктора физико-математических наук, сотрудника ИАПУ ДВО РАН Алексея Камшилина. Метод заключается в следующем: на внешнюю область предплечья накладывается стеклянная пластина с прозрачным токопроводящим слоем, обеспечивающим локальный нагрев исследуемого участка, температура кожи при этом контролируется термопарой. Видеокадры с фокусированными изображениями участка кожи, освещенного зеленым светом, записываются на компьютер совместно с электрокардиограммой (ЭКГ) и обрабатываются с помощью специально разработанного программного обеспечения.
Ученые пояснили, что выбрали зеленый свет, так как именно он активно меняет свои характеристики (модуляцию на частоте сердцебиений) после взаимодействия с живой тканью, содержащей кровеносные сосуды, хотя глубина его проникновения в кожу не превышает 0,5 мм. Эта модуляция обусловлена механическим изменением плотности капилляров в коже вследствие пульсаций близлежащих артерий и артериол. Таким образом, сеть капилляров оказывается распределенным преобразователем пульсаций глубоколежащих артерий в модуляцию света на частоте сердцебиений.
«В тестировании принимали участие добровольцы, мужчины в возрасте 35–55 лет. Исследование выполнялось в три этапа. Сначала в течение пяти минут записывалось видео исследуемого участки руки без каких-либо воздействий. Затем, область предплечья нагревали до 40 – 42 °С со скоростью нагрева около 3,5 °С в минуту, чтобы избежать болезненных ощущений. Достигнутый уровень температуры кожи поддерживался в течение 15 минут. На третьем этапе нагреватель выключался и температура кожи релаксировала естественным образом. На всех этапах локального теплового теста велась непрерывная регистрация температуры, видео и ЭКГ», — рассказала младший научный сотрудник, кандидат физико-математических наук Наталья Подолян.
У людей с потенциальным риском заболеваний сосуды под воздействием нагрева расширялись хуже. Таким образом предложенный учеными метод достоверно отражает работу механизмов регуляции периферического сосудистого сопротивления. Это важный шаг в разработке систем ранней диагностики таких социально значимых заболеваний как сахарный диабет и гипертензия.
Исследование реализовано при поддержке гранта № 21-15-00265 Российского научного фонда в части разработки измерительной системы, включая программное обеспечение и проведения экспериментов. Обработка и хранение экспериментальных данных осуществлялись с использованием оборудования Центра коллективного пользования «Дальневосточный вычислительный ресурс» ИАПУ ДВО РАН.
По результатам работы опубликовано несколько статей в международных научных журналах.