КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ
Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.
ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ
Номер проекта 21-15-00265
НазваниеИсследование состояния микроциркуляторного русла и механизмов регуляции кровообращения кожных покровов, головного мозга и внутренних органов методом бесконтактной визуализирующей фотоплетизмографии
Руководитель Камшилин Алексей Александрович, Доктор физико-математических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт автоматики и процессов управления Дальневосточного отделения Российской академии наук , Приморский край
Конкурс №55 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины; 05-202 - Сердечно-сосудистая система
Ключевые слова Микроциркуляция, кровоток, автономная регуляция, визуализирующая фотоплетизмография
Код ГРНТИ76.13.15
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Изучение микроциркуляции является важным и актуальным направлением физиологических исследований, поскольку нарушения микрогемодинамики могут опережать проявление клинических признаков ряда социально значимых заболеваний. Основная цель проекта состоит в разработке новых методов прижизненной бесконтактной оценки параметров гемодинамики различных органов (кожных покровов, слизистых, серозных оболочек и коры головного мозга) в режиме реального времени. Разработка этих методов планируется на основе технологии визуализирующей фотоплетизмографии (ФПГ), которая активно исследуется в последнее время в ряде научных мировых центров. Данная технология позволяет построение двумерных распределений одновременно трёх параметров микроциркуляции: (а) индекса перфузии, (б) времени прихода пульсовой волны в конкретную точку исследуемой области и (в) формы импульса артериального давления. Каждый из этих параметров рассчитывается с высоким пространственным и временным разрешением. Технология визуализирующей ФПГ может быть положена в основу систем бесконтактной оценки параметров микроциркуляции, бесконтактной окклюзионной плетизмографии и нового типа видеокапиляроскопии, позволяющей визуализировать функционирующие капилляры в практически любой области. Регистрация гемодинамики методом визуализирующей ФПГ может выполнятся на обширной поверхности, что дает возможность выявления распространённости патологических изменений. Применение функциональных тестов во время регистрации ФПГ позволяет оценить такие важнейшие показатели, как функциональный резерв кровотока, повышенная или ослабленная вазомоторная реактивность и функциональное состояние эндотелия. Кроме того, совмещение ФПГ с оптико-волоконными технологиями позволяет создать новый метод диагностики состояния полостных органов и серозных оболочек во время фиброскопических и лапароскопических исследований.
Несмотря на множество методов, позволяющих охарактеризовать те или иные аспекты системы кровообращения, в настоящее время оценка микроциркуляции живой ткани в режиме реального времени является нерешенной задачей. Бесконтактная оценка кровотока остается недоступной в связи с отсутствием инструмента регистрации, сочетающего в себе свойства высокой информативности и малого воздействия на ткани организма. Применение визуализирующей ФПГ в медицинской практике ограничено отсутствием физико-физиологической модели взаимодействия света с живыми тканями организма, которая позволяла бы надежно трактовать полученные результаты. Наличие серьезного задела у нашего коллектива по разработке теоретической модели визуализирующей ФПГ обуславливает успешное выполнение поставленных в проекте задач. Определение базовых характеристик кровообращения с помощью визуализирующей ФПГ может быть положено в основу создания класса принципиально нового оборудования для неинвазивной оценки как склероза, так и воспаления ткани, повышенной васкуляризации, характерной для опухолевых процессов.
Пути решения поставленных задач связаны с методологией исследования: проведением синхронной записи ФПГ, ЭКГ и микроскопического изображения артериол, капилляров и венул, включая режимы высокоскоростной съемки. Кроме того, будут накоплены экспериментальные данные, касающиеся диагностической ценности метода в норме и при различных патологических процессах в клинике и на биологических моделях. В проекте планируются следующие исследования:
• Оценка реактивности симпатической нервной системы в ответ на глобальную гипотермию и в ходе деактивации рецепторов кардиопульмональной зоны в норме и у пациентов с сердечной недостаточностью и сахарным диабетом,
• Оценка эндотелиальной функции у пациентов высокого кардиометаболического риска,
• Оценка склероза, воспаления и вазоспазма у пациентов с ревматическими заболеваниями, включая пациентов со скрытым вазоспазмом,
• Оценка функционального резерва кровотока у пациентов с облитерирующими заболеваниями сосудов нижних конечностей,
• Исследование функционального резерва и динамики церебрального кровотока у пациентов с окклюзией сосудов головного мозга во время операции реваскуляризации,
• Изучение динамики мозгового кровотока в ответ на различные воздействия у экспериментальных животных.
Успешная реализация проекта является важным шагом для решения ряда актуальных медицинских задач. Это создаёт задел для нового диагностического направления, внедрение которого в клиническую практику позволит облегчить диагностику и лечение заболеваний, сопровождающихся поражением сосудов. Разработанные методы будут использованы для оценки течения атеросклеротического поражения сосудов и заболеваний соединительной ткани, а также для оценки эндотелиальной функции, что имеет важное значение для прогноза пациентов с кардиометаболическим риском. Кроме того, метод визуализирующей ФПГ позволит улучшить диагностику нарушений вазомоторной регуляции, включая дифференциальную диагностику диабетической нейропатии и трофических нарушений кожи. Метод также будет полезен при оценке жизнеспособности и процессов репарации тканей после хирургического вмешательства. Изучение сосудистого резерва может качественно улучшить диагностику критической ишемии и эффективность реваскуляризации при облитерирующих заболеваниях сосудов нижних конечностей, а оценка функционального резерва мозгового кровотока может быть использована для контроля и определения тактики лечения непосредственно во время нейрохирургической операции.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Публикации
1.
Волынский М.А., Мамонтов О.В., Осипчук А.В., Зайцев В.В., Соколов А.Ю., Камшилин А.А.
Study of cerebrovascular reactivity to hypercapnia by imaging photoplethysmography to develop a method for intraoperative assessment of the brain functional reserve
Biomedical Optics Express, Vol. 13, Issue 1, pp. 184-196 (год публикации - 2022)
10.1364/BOE.443477
2.
Зайцев В.В., Камшилин А.А., Кащенко В.А., Мачихин А.С.
Лапароскопическая фотоплетизмографическая система для оценки перфузии тканей при малоинвазивном операционном вмешательстве
Фотон-Экспресс, № 6 (174). C. 234-235. (год публикации - 2021)
10.24412/2308-6920-2021-6-234-235
3.
Камшилин А.А., Зайцев В.В., Лодыгин А.В., Кащенко В.А.
Imaging photoplethysmography as an easy-to-use tool for monitoring changes in tissue blood perfusion during abdominal surgery
Scientific Reports, Vol.12(1). Article No.1143. (год публикации - 2021)
10.1038/s41598-022-05080-7
4.
Мамонтов О.В., Зайцев В.В., Камшилин А.А. Шляхто Е.В.
Assessing vasomotor reactivity in patients with terminal heart failure after heart transplantation by contactless optical occlusive plethysmography
Clinical Autonomic Research, V. 31. No. 5. P. 617. (год публикации - 2021)
10.1007/s10286-021-00822-5
Публикации
1.
Кащенко В.А., Зайцев В.В., Ратников В.А., Камшилин А.А.
Intraoperative visualization and quantitative assessment of tissue perfusion by imaging photoplethysmography: comparison with ICG fluorescence angiography
Biomedical Optics Express, V. 13. No. 7. P. 3954-3966. (год публикации - 2022)
10.1364/BOE.462694
2.
Камшилин А.А., Зайцев В.В., Белавенцева А.В., Подолян Н.П., Волынский М.А., Саковская А.В., Ромашко Р.В., Мамонтов О.В.
Novel Method to Assess Endothelial Function via Monitoring of Perfusion Response to Local Heating by Imaging Photoplethysmography
Sensors, V. 22(15). Article No. 5727. (год публикации - 2022)
10.3390/s22155727
3.
Потапенко А.В., Волынский М.А., Мамонтов О.В., Зайцев В.В., Соколов А.Ю., Камшилин А.А.
Amplitude of the Pulsatile Component of a Photoplethysmographic Waveform as an Optical Marker of Cerebrovascular Reactivity: Experimental Verification in Animal Model
Biophotonics Congress: Biomedical Optics 2022 (Translational, Microscopy, OCT, OTS, BRAIN). Technical Digest Series (Optica Publishing Group)., Paper No. JTu3A.2. (год публикации - 2022)
10.1364/TRANSLATIONAL.2022.JTu3A.2
4.
Белавенцева А.В., Подолян Н.П., Волынский М.А., Зайцев В.В., Саковская А.В., Мамонтов О.В., Ромашко Р.В., Камшилин А.А.
Исследование реакции кровеносных сосудов на локальный нагрев методом визуализирующей фотоплетизмографии
Научно-технический вестник информационных технологий, механики и оптики, Том 23, №1, с. 14-21 (год публикации - 2023)
10.17586/2226-1494-2023-23-1-14-20
5.
Зайцев В.В., Подолян Н.П., Белавенцева А.В., Волынский М.А., Саковская А.В., Ромашков Р.В., Мамонтов О.В., Камшилин А.А.
Imaging Photoplethysmography for Monitoring of Vascular Response to Local Heating
IEEE Xplore, 2022 12th Conference of the European Study Group on Cardiovascular Oscillations (ESGCO), 2022, pp. 1-2, doi: 10.1109/ESGCO55423.2022.9931373. (год публикации - 2022)
10.1109/ESGCO55423.2022.9931373
6.
Камшилин А.А.
Imaging photoplethysmography as a reliable tool for monitoring tissue perfusion during open brain and abdominal surgeries
Известия Российской академии наук. Серия физическая, Т. 86. № 13. (год публикации - 2022)
10.1016/B978-0-12-823374-0.00014-1
Публикации
1.
Подолян Н.П., Мизева И.А., Мамонтов О.В., Зайцев В.В., Белавенцева А.В., Саковская А.В., Ромашко Р.В., Камшилин А.А.
Imaging photoplethysmography quantifies endothelial dysfunction in patients with risk factors for cardiovascular complications
Biomedical Signal Processing and Control, vol. 86, p.105168 (год публикации - 2023)
10.1016/j.bspc.2023.105168
2.
Кащенко В.А., Лодыгин А.В., Красносельский К.Ю., Зайцев В.В., Камшилин А.А.
Intra‑abdominal laparoscopic assessment of organs perfusion using imaging photoplethysmography
Surgical Endoscopy and Other Interventional Techniques, Vol. 37, p.p. 8919-8929 (год публикации - 2023)
10.1007/s00464-023-10506-y
3. Зайцев В.В., Кащенко В.А., Лодыгин А.В., Красносельский К.Ю., Камшилин А.А. Лапароскопическая интраоперационная оценка динамики кровотока методом визуализирующей фотоплетизмографии Пермские гидродинамические научные чтения (год публикации - 2023)
4. Мизева И.А., Подолян, Н.П., Мамонтов О.В., Камшилин А.А. Оценкa динамики миогенных колебаний кровотока в системе микроциркуляции человека методом визуализирующей фотоплетизмографии Пермские гидродинамические научные чтения (год публикации - 2023)