Ученые из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН предложили новый метод диагностики состояния периферических сосудов, основанный на визуализирующей фотоплетизмографии: с помощью нагрева ученые активизируют кровообращение в исследуемом участке кожи руки пациента, записывают видеоизображение участка в зеленом свете, и, анализируя полученные данные, оценивают тонус кровеносных сосудов. Это неинвазивный метод, который прост в применении и достоверно отражает состояние сосудов человека, что имеет большое прогностическое значение для выявления самых ранних признаков сердечно-сосудистых заболеваний. 

Качество жизни, её 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.

Именно для оценки сосудов ученые предложили использовать метод визуализирующей фотоплетизмографии (ВФПГ), разработанный и реализованный под руководством доктора физико-математических наук 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 специального программного обеспечения, реализованного на платформе Matlab©.

Известно, что именно зелёный свет приобретает наибольшую модуляцию на частоте сердцебиений после взаимодействия с живой тканью, содержащей кровеносные сосуды, несмотря на то, что глубина его проникновения в кожу не превышает 0,5 мм. Эта модуляция обусловлена механическим изменением плотности капилляров в дерме вследствие пульсаций близлежащих артерий и артериол. Таким образом, сеть капилляров оказывается распределённым преобразователем пульсаций глубоколежащих артерий в модуляцию света на частоте сердцебиений.

Младший научный сотрудник, к.ф.-м.н. Наталья Подолян рассказала, как проходило исследование:

«В тестировании принимали участие добровольцы, мужчины в возрасте 35-55 лет. Исследование выполнялось в три этапа. Сначала непрерывно и синхронно записывалось видео исследуемого участка с ЭКГ и температурой кожи в течение пяти минут. 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».

На основе проведенного исследования авторы пришли к выводу, что изменение перфузии при локальном нагреве носит двухфазный характер и обусловлено откликом нервной системы, опосредованным аксон-рефлексом в первой фазе вазодилатации и синтезом оксида азота в клетках эндотелия во второй фазе вазодилатации. Выявлено, что многократный рост перфузии в первой фазе нагрева зависит как от начальной температуры кожи, так и от разницы температуры её нагрева. Обнаружено, что для существенного развития сосудистой реакции на гипертермию, связанную с активацией эндотелиальной функции необходим нагрев тканей длительностью более 15 минут. Показано, что метод ВФПГ достоверно отражает работу механизмов регуляции периферического сосудистого сопротивления, что является важным шагом 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. №1 https://doi.org/10.3390/s22155727 №2 https://doi.org/10.1109/ESGCO55423.2022.9931373

Пресс-релиз об исследовании был опубликован в федеральных СМИ