Российские ученые разработали алгоритм для бесконтактного измерения времени, за которое кровь доходит от сердца до участка тела (например, руки). Инструмент работает даже при движении пациента — это раньше мешало использовать оптические датчики в клинике. Разработка поможет врачам оценивать кровообращение у пациентов, которым нельзя закреплять устройства на коже (например, у новорожденных и людей с ожогами). Исследование поддержано грантом РНФ и опубликовано в журнале Scientific Reports.
Во время осмотров и операций врачи измеряют не только пульс и давление, но и скорость пульсовой волны — то есть скорость, с которой импульс давления крови от сердца доходит до разных частей тела. Чем жестче стенки сосудов, тем она выше. Этот показатель помогает оценить риск инфаркта и инсульта.
Обычно для измерений используют нательные датчики, но они неудобны для младенцев и пациентов с ожогами. Бесконтактные оптические методы раньше были недостаточно точными из‑за помех от движений и дыхания пациента.
Ученые из Института автоматики и процессов управления ДВО РАН (Владивосток) с коллегами улучшили алгоритм, с помощью которого обрабатывают данные с оптических приборов для бесконтактной оценки скорости пульсовой волны.
Для измерений использовали камеру с зеленым светом, направленную на участок кожи предплечья. Зеленый свет хорошо поглощается гемоглобином, поэтому по его яркости можно отследить изменение давления крови: когда пульсовая волна доходит до мелких сосудов, они сжимаются, плотнее поглощают свет — и отраженный сигнал становится слабее.
Чтобы проверить точность измерений, ученые параллельно снимали ритм сердца электрокардиографом и синхронизировали его сигналы с данными камеры.
Новый алгоритм позволил отделить реальные сигналы о движении крови от помех из‑за дыхания и движений пациента. Он разбивает каждый кадр на мелкие фрагменты и отслеживает их смещения во времени. Благодаря этому удается с высокой точностью измерить амплитуду пульсовой волны (разницу между систолическим и диастолическим давлением) и время ее прихода — задержку между ударом сердца и моментом, когда пульс доходит до места наблюдения.
Ученые проверили алгоритм, измерив с его помощью скорость пульсовой волны у 47 здоровых людей. Во время теста участок кожи на руке испытуемых нагревали до 41°C — это стандартный способ оценить реакцию сосудов на повышение температуры.
Выяснилось, что из‑за нагрева амплитуда пульсовой волны в предплечье увеличивается до 23 раз, а сама волна доходит от сердца к руке на 23% быстрее, чем в норме. За пределами нагретого участка изменений не было.
Это говорит о перераспределении кровотока: большая его часть идет в обход капиллярной сети. Такую реакцию можно использовать, чтобы оценить, насколько эффективно организм поддерживает температуру тела. Кроме того, этот эффект важно учитывать при проверке эластичности сосудов — это помогает выявлять риск сердечно‑сосудистых заболеваний (например, варикозного расширения вен) еще до появления серьезных симптомов.
Предложенный метод позволяет адекватно оценить скорость распространения пульсовой волны от сердца до любой точки тела, не касаясь пациента. Это позволит использовать его в ситуациях, где контактные датчики неприменимы, например у пациентов с ожогами, новорожденных, во время хирургических операций. Наша главная задача на будущее — превратить этот пока экспериментальный инструмент в эффективный клинический метод.
В исследовании принимали участие сотрудники Института механики сплошных сред УрО РАН (Пермь), Национального медицинского исследовательского центра имени В. А. Алмазова (Санкт-Петербург), Северо-Западного окружного научно-клинического центра имени Л. Г. Соколова (Санкт-Петербург), Тихоокеанского государственного медицинского университета (Владивосток), Института человеческого мозга имени Н. П. Бехтеревой РАН (Санкт-Петербург) и Университета ИТМО (Санкт-Петербург).
Ранее Наука Mail рассказывала о том, что популярный симптом связали с риском тяжелых системных заболеваний.
