Новый бесконтактный метод исследования сосудов способен «увидеть» работу глубоких артерий мозга

Впервые ученые смогли экспериментально доказать, что разработанный ими «зеленый фонарик» для сосудов — метод визуализирующей фотоплетизмографии (ВФПГ) — способен заглянуть глубоко в живые ткани и помочь в сложных медицинских случаях, в том числе при хирургических операциях. Метод регистрирует пульсовые изменения не только в поверхностных сосудах, но и в глубоких церебральных артериях. Результаты работы, поддержанные грантом Российского научного фонда, опубликованы в журнале Frontiers in Physiology.

Во время фотоплетизмографического исследования видеокамера улавливает малые изменения тона кожи, вызванные пульсацией крови. Метод представляет большой интерес для медицины, так как способен бесконтактно и в реальном времени продемонстрировать состояние кровотока в ситуациях, где контактные датчики или стандартные клинические методы мониторинга неприменимы: у пациентов с ожогами, при уходе за новорожденными, во время хирургических операций. Ранее научное и медицинское сообщество предполагало, что пульсационный сигнал, регистрируемый фотоплетизмографией, связан с изменением объема крови в поверхностных сосудах. В своей новой работе впервые ученые смогли экспериментально доказать, что их метод ВФПГ регистрирует пульсовые изменения именно в глубоких церебральных артериях, а не только в поверхностных тканях, что принципиально важно для адекватной оценки изменений кровотока, особенно в хирургии.

Научный коллектив из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток) совместно с петербургскими коллегами из Северо-Западного окружного научно-клинического центра ФМБА России, Института физиологии им. И.П. Павлова РАН и Первого Санкт-Петербургского государственного медицинского университета им. И.П. Павлова показал это в исследованиях на лабораторных животных (крысах).

Во время экспериментов ученые использовали разработанный метод, синхронизирующий видеозапись мозга крысы с электрокардиограммой. Животным поочередно вводили два препарата с противоположным эффектом: аденозинтрифосфат (АТФ), который расширяет сосуды, и норадреналин, который их сужает.

Оказалось, что регистрируемый пульсовой сигнал при этом менялся противоположно изменениям системного артериального давления. Например, когда вводили АТФ, давление падало, но кровоток в мозге резко возрастал — это значит, что глубокие артерии расслабились, сработал защитный механизм саморегуляции. При введении норадреналина картина была зеркальной: после кратковременного скачка давления сосуды мозга сужались, и кровоток снижался, даже если высокое давление сохранялось.

Таким образом, авторы впервые продемонстрировали, что бесконтактный метод визуализирующей фотоплетизмографии способен в реальном времени отражать изменения тонуса глубоких артерий мозга, которые не совпадают с изменениями системной гемодинамики.

«Эта работа — самый серьезный шаг в доказательстве того, что ВФПГ действительно измеряет процессы в глубинных артериях, а не кровоток в поверхностном слое, — комментирует грантополучатель РНФ Алексей Камшилин, один из авторов исследования, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник Института автоматики и процессов управления ДВО РАН. — Полученные результаты имеют и прикладное значение для медицины. АТФ и норадреналин широко используются в отделениях интенсивной терапии и кардиологии. Детальное понимание их влияния на церебральные артерии позволит врачам более точно подбирать дозировки и минимизировать риски, связанные с недостаточным или избыточным кровоснабжением мозга».

Ранее ученые Института автоматики и процессов управления ДВО РАН усовершенствовали свой метод ВФПГ, разработали алгоритм, который позволяет с высокой точностью бесконтактно измерять, за какое время кровь от сердца доходит до определенного участка тела, например, руки. Работе инструмента не мешали даже движения пациента, которые ранее ограничивали применение бесконтактных оптических датчиков в клинической практике.