Медицина

Прибор для оптокардиографии распечатали на 3D-принтере

Международная группа ученых разработала открытое техническое решение для многопараметрического оптического картирования электрической активности сердца. Как 3D-модели компонентов системы, так и программный код для анализа полученных данных выложены в открытый доступ, что позволяет использовать разработанную систему другим исследователям. Работа опубликована в журнале Scientific Reports.

Сокращение сердца обусловлено рядом взаимосвязанных внутриклеточных процессов: в первую очередь, электрическим возбуждением и изменением внутриклеточных концентраций кальция и калия. В норме возбуждение инициируется группой клеток в правом предсердии (синоатриальным узлом) и распространяется по проводящей системе сердца в предсердия и желудочки. Нарушения в этих процессах, аритмии, являются ведущей причиной смертности в России и других развитых странах.

Ведущим методом, используемым сегодня для изучения механизмов аритмий, является оптическое картирование. При этом через сердце или участок его ткани пропускается раствор, содержащий флуоресцентные красители. Это позволяет провести измерение ряда внутриклеточных процессов с использованием камер высокого временного разрешения. Широкое использование оптического картирования затруднено из-за высокой дороговизны оборудования, технических сложностей одновременной регистрации нескольких параметров изучаемого препарата и обработки регистрируемых сигналов.

Для решения этих проблем авторы статьи разработали открытую расширяемую систему, позволяющую регистрировать электрическое возбуждение и изменение внутриклеточной концентрации кальция. При этом почти все части системы (за исключением камер, объективов и насосов) были напечатаны на 3D-принтере. Все чертежи компонентов системы открыты, и любая лаборатория может воспроизвести аналогичную систему. Ученые подсчитали, что, используя готовое 3D-решение, можно сэкономить до $20 000 по сравнению с коммерчески доступными предложениями. Помимо чертежей самой системы, они разработали программное обеспечение RHYTHM для обработки и анализа сигналов с открытым исходным кодом.

«Нам было важно, чтобы ПО было доступно для использования физиологами, которые, зачастую, могут не обладать достаточными техническими навыками для программирования, например, на языке C++, — говорит Роман Сюняев, ведущий научный сотрудник лаборатории физиологии человека МФТИ, соавтор работы. — В текущей версии есть ряд модулей для анализа характеристик потенциала действия и кальциевых переходов. Архитектура позволяет достаточно просто расширить код для одновременного измерения, например, метаболических изменений (концентрация NADH). Распространение возбуждения в миокарде сопряжено с рядом сложных взаимодействующих процессов, однако исследователю, как правило, доступен только один из параметров системы. До сих пор работы с мультипараметрическим картированием очень редки».

Понравился материал? Добавьте Indicator.Ru в «Мои источники» Яндекс.Новостей и читайте нас чаще.

Пресс-релизы о научных исследованиях, информацию о последних вышедших научных статьях и анонсы конференций, а также данные о выигранных грантах и премиях присылайте на адрес science@indicator.ru.