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».
Изображение логотипа с сайта ИТМО
