Материалы портала «Научная Россия»

От сердца до лица

От сердца до лица
Исследователи из Университета ИТМО и медицинского центра ФГБУ НМИЦ им. В. А. Алмазова г. Санкт-Петербурга обнаружили изменчивость кровотока в области лица в зависимости от положения тела

Исследователи из Университета ИТМО и медицинского центра ФГБУ НМИЦ им. В. А. Алмазова г. Санкт-Петербурга обнаружили изменчивость кровотока в области лица в зависимости от положения тела.

«Методика очень простая по своей сути: с помощью видеокамеры мы записываем изображение исследуемого участка тела, а затем обрабатываем полученные изображения цифровыми методами», - рассказывает руководитель и один из участников проекта Алексей Александрович Камшилин, профессор, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Международного научно-технического центра «Вычислительная оптика, фотоника и визуализация изображений» Университета "ИТМО". Принципиальные особенности этого проекта, по словам учёного, состоят в том, что «запись изображений проводится синхронно с записью электрокардиограммы, объект освещается оптимально подобранным светом (линейно поляризованный некогерентный зелёный свет), а перед объективом камеры установлены специальные светофильтры. Основное же наше know-how в применении специальных алгоритмов обработки изображений, которые основаны на достигнутом понимании особенностей взаимодействия света с живой биологической тканью, содержащей кровеносные сосуды».

План исследований согласован с руководством и проводится на базе Национального медицинского исследовательского центра (ФГБУ «НМИЦ имени В. А. Алмазова»). Общепринято, что проведение новых исследований с участием человека должен быть одобрен местным этическим комитетом. «Мы решили получить разрешение этического комитета НМИЦ им. Алмазова. В настоящее время достигнуто понимание руководства центра в лице его директора и руководителей ряда подразделений о важности проводимой работы, что помогает в организации исследований. Проект совместных исследований, поддержанный РНФ, начался в 2015 г. и закончится в конце 2019 г. Все участники нашей группы надеются на продолжение данного успешного сотрудничества», - сообщил профессор Камшилин.

Эксперименты проводились на территории обоих учреждений (ИТМО и НМИЦ г. Санкт-Петербурга) с сентября 2015г. по май 2018 г. В лабораторных испытаниях приняло 73 человека (в возрасте от 18 до 65), которые не страдают сердечно-сосудистыми и неврологическими заболеваниями. Параметры пульсации крови измеряли при помощи фотоплетизмографической системы. Сам термин происходит от слова плетизмография, что с греч. «запись наполнения», появился в 1938 году благодаря работе Алрика Герцмана (Alrick B. Hertzman). Главной особенностью применявшейся модификации фотоплетизмографии является модуляция на частоте сердцебиений света с длиной волны, наиболее оптимально взаимодействующей с капиллярным кровотоком, после его взаимодействия с живой биологической тканью.

Работа стала возможной благодаря решению научными сотрудниками широкого спектра важнейших технических задач, таких как разработка и изготовление уникальной системы видеозаписи изображений, разработка программы непрерывной записи видеокадров в память компьютера, разработка системы синхронизации видеокамеры и ЭКГ. Немаловажную роль в подобных исследованиях играет и поиск добровольцев для участия в эксперименте, а также обработка полученных данных: статистический анализ и осмысление полученных результатов. Отдельного упоминания, по замечанию Алексея Камшилина, «достойно направление апробации практической применимости данного метода для различных медицинских целей, которое предполагает проведение исследований, как на лабораторных животных, так и в различных группах пациентов».

В данной работе, ключом к успеху которой, по мнению его руководителя, явилось проведение фундаментальных исследований, поддержанных грантом РНФ 15-15-200120, принимали участие учёные медицинских и инженерных специальностей. «Постановка экспериментов, направленных на выяснение природы взаимодействия света с кровеносными сосудами, и обсуждение результатов проходило в тесном контакте и с многочисленными дискуссиями между врачами, физиками, математиками и инженерами, входящими в нашу междисциплинарную группу, - поясняет учёный ИТМО. - Исследование влияния гравитации на кровоснабжение головы является всего лишь одним из частных приложений разрабатываемой теории взаимодействия света с живой биологической тканью». Помимо того, что испытания стали не только межинститутскими и включали в себя разные научные отрасли, они носили также и международный характер. Так, профессор Камшилин является гражданином Финляндии, где с 1992 года до начала проекта работал в Университете Восточной Финляндии в должности профессора. Кроме того, в группу входит Рашид Гиниатуллин, профессор этого Университета.

Результаты экспериментальной деятельности научного коллектива, проведенные за достаточно долгий период времени, обнародованы в рецензируемом научном издании Scientific Reports (8 выпуск за 2018 г.).

Каковы же преимущества данного метода перед другими технологиями? Их несколько. Так, он позволяет измерять параметры кровотока в бассейне сонных артерий, тогда как в публикациях, посвященных оценке жесткости сосудов, измерения обычно выполняются на сосудах конечностей, а их кровоснабжение отличается от кровоснабжения головы. Результатом таких исследований, как правило, является прогноз развития инсультов, то есть событий, происходящих в артериях головы. «Это все равно, что изучать анатомию человека на обезьяне,- считает Алексей Камшилин и объясняет - Наш метод позволяет получать данные, более соответствующие задачам современных исследований. Еще одно преимущество метода заключается в возможности получения двумерного распределения параметров пульсаций крови на лице с разрешением, превышающем возможности других методов, которое позволяет судить о некоторых особенностях кровоснабжения головного мозга, также осуществляемого посредством сонных артерий. Несомненными достоинствами нашего метода являются его бесконтактность и неинвазивность, что положительно сказывается на стоимости и простоте в применении».

Изучение зависимости изменения положения тела на кровоток человека может быть полезно не только для решения медицинских задач, но и для оценки реакции организма на гравитационное воздействие. «Безусловно, нашу модификацию фотоплетизмографии можно использовать в качестве одного из методов контроля состояния летчика во время набора высоты, но пока говорить о практическом применении в лётных испытаниях ещё рано. Для лучшего понимания обнаруженного феномена требуется проведение дополнительных, углублённых исследований», - уточняет профессор Алексей Камшилин.

Данная работа является экспериментальной. Вместе с тем, уже сейчас, по оценке руководителя проекта, наблюдаются «хорошие перспективы прикладного использования результатов нашего эксперимента и, вероятно, разработки медицинского оборудования принципиально нового класса».

диагностика инсульта инсульт фотоплетизмографическая система

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.