Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Согласно плану работ 1-го года проекта в отчетном периоде 2024г. были выполнены следующие работы и получены следующие основные научные результаты: 1. Разработан и утвержден на заседании Независимого этического комитета (НЭК) Протокол (дизайн) научно-клинического исследования (НКИ) по теме проекта. Начат набор первичных клинических данных согласно разработанному Протоколу. При разработке протокола выполнен анализ необходимого объёма выборки для проведения исследования проводили в программе GPower 3.1.9.7. Ожидается, что на выходе проекта будет предложен алгоритм, который позволит снизить среднее отклонение значений артериального давления, определяемых автоматическим тонометром, от эталонных, определяемых аускультативно, на 20-25%. Уровень статистической значимости результата (α) был установлен на уровне 0.05, необходимый уровень мощности был задан равным 80%. Расчёт показал, что для выявления коэффициентов корреляции равных или выше 0.5 с мощностью 80% (H0: R = 0), минимальный объём выборки составляет 26 наблюдений. Данное количество наблюдений (27 испытуемых) было набрано в отчетном периоде 1-го года проекта в качестве пилотной группы. 2. Выполнен предварительный анализ первых полученных результатов НКИ. Анализ позволил выявить несколько характерных сочетаний форм сигналов фотоплетизмограмм (ФПГ) и сфигмограмм (СФГ), которые наглядно различие в функционировании сосудов у испытуемых. В ряде случаев выявлено опережающее появление максимума амплитуды сигнала ФПГ по сравнению с максимумом на СФГ, и достаточно быстрый спад амплитуд пульсовой волны (ПВ) на обоих графиках, что говорит о хорошем, или, даже, повышенном тонусе сосудов. Также зафиксированы случаи с замедленным возрастанием сигнала ФПГ по сравнению с СФГ, предположительно, из-за повышенной жесткости стенок артерий. При этом максимум СФГ растянут, что затрудняет определение времени достижения максимума пульсового давления (ПАД) в манжете, необходимое для расчета систолического и диастолического АД. Встречаются ситуации и приблизительно равного времени достижения максимумов на двух графиках. При создании окклюзии в области плеча кровоток перекрывается и в периферических сосудах руки, что фиксирует датчик ФПГ. При сбросе давления в манжете сигнал СФГ на записях должен коррелировать с сигналом ФПГ. В противном случае вероятны ошибочные показания АД. Для того, чтобы установить корреляцию погрешностей измерения АД с показателями тонуса и реактивности сосудов, потребовалась дополнительная разработка методики для количественной оценки этих параметров по результатам измерений перфузии, а также ее теоретическое обоснование. Проведенный сверх плана поиск и анализ научных первоисточников (порядка 80 шт.) по вопросу существующих в медицине определений понятий тонуса и реактивности сосудистого русла показал отсутствие общепринятых определений, пригодных для решения задач проекта. На основе существующих, часто не строгих и противоречивых в разных первоисточниках определений тонуса и реактивности нельзя сформулировать в модели уравнения для количественной оценки этих параметров по результатам измерений перфузии в рамках проводимых НКИ. Поэтому в практических целях были предложены и обоснованы следующие уточняющие авторские определения: • Тонус сосуда – это его комплексное функциональное состояние, определяющее в сочетании с особенностью структуры стенки сосуда и давлением крови в сосуде его просвет в целях регуляции гемодинамики. • Реактивность сосуда – это его свойство, позволяющее реагировать на внешние стимулы путем управления изменяемыми компонентами тонуса сосуда. Эти определения впервые позволили теоретически обосновать численную оценку тонуса и реактивности сосудов по результатам измерений изменений перфузии кожи кровью в процессе проведения функциональных проб, в частности, пробы с артериальной окклюзией на плече. Для тонуса обоснован относительный индекс тонуса сосудов (ИТС), равный корню квадратному из отношений постокклюзионного уровня перфузии к базовому уровню перфузии. Этот индекс характеризует относительное повышение тонуса по отношению к ситуации минимального тонуса, для которого постулирован ИТС=1. Для оценки реактивности на окклюзию обосновано использования отношения (ИТС-1)/Rt, где Rt – время достижения максимума реактивной гиперемии, имеющее размерность «единицы тонуса в секунду». 3. Сформирован и теоретически обоснован основной облик проблемно-ориентированной физико-математической модели для описания процесса распространения пульсовой волны давления от сердца к периферии с соответствующим изменением объема крови в артериальном русле сосудистой системы верхних и нижних конечностей. Поскольку диапазон длин волн, в котором работают выносные оптические датчики используемого тонометра «Вазотест», находится в желто-зеленой области спектра, то справедлива классическая объемная модель формирования ФПГ-сигнала. Соответственно, в модели одним из основных определяемых параметров выбран объем крови в артериях и артериолах Vb и его изменение в период систолы в артериях по отношению приращения ΔVb к интервалу времени, на котором это приращение произошло (интервал времени, равный обратной величине частоты сердечных сокращений). Для этого были сделаны теоретические выкладки, описывающие изменение давления и объема крови в артериальном сосудистом русле при сердечном выбросе. Обосновано рассмотрение в модели 2D приближения для артерий и артериол с круглым или эллиптическим сечением просвета сосудов. Отдельно выработан авторский подход к описанию противодействия сосуда расширению/сжатию. Любое напряжение, возникающее в стенке сосуда, будь то радиальное, или окружное, при растяжении/сжатии сосуда в итоге приводит к силе (давлению), противодействующему этому растяжению/сжатию. Поскольку в данной НИР нет задачи изучить напряженное состояние стенок сосудов с кровью, не требуется знать распределение напряжений по толщине стенок и т.д., оценку возникающих напряжений в стенках сосудов было решено опустить, сразу заменяя возникающие напряжения эффективным результирующим давлением сжатия, действующим на стенку в качестве противодействующей силы вследствие ее упруго-эластических свойств, а саму стенку было принято считать бесконечно тонкой. 4. Подготовлена и опубликована первая статья по материалам исследований в журнале «Медицинская физика» (№3, 2024: 65-82) с названием «Совокупная оценка тонуса и реактивности микрососудистого русла по данным оптической флоуметрии in vivo. Обоснование подхода.». Сделан один устный очный доклад на Всероссийской научной конференции с международным участием «Енисейская фотоника 2024». Доклад на тему: «Использование оптических технологий при измерении артериального давления автоматическими тонометрами». Все запланированные работы 1-го года проекта выполнены полностью.

Аннотация результатов, полученных в 2025 году
В отчетном периоде завершено формирование базы данных первичных сигналов согласно Протоколу на научно-клинические исследования (НКИ). На момент декабря 2025г. в базе содержатся данные обследований 74 испытуемых. Из них 42 – мужчины (57%) и 32 – женщины (43%). При этом: 7 человек (≥5%) с САД ≤100 мм рт.ст., 5 человек (≥5%) с САД ≥160 мм рт.ст. и 18 человек (≥20%) с САД в диапазоне 140-160 мм рт.ст., а также 6 человек (≥5%) с ДАД ≤60 мм рт.ст., 2 человека (3%) при ДАД ≥100 мм рт.ст. и 10 человек (≥20%) с ДАД в диапазоне 85-100 мм рт.ст. Доработана теоретическая физико-математическая модель в части разработки пошагового алгоритма численных расчетов формирования тока крови в сосудистом русле кожи руки, в том числе на участке длительной артериальной окклюзии, а также добавлен фрагмент моделирования сигнала в манжете тонометра с учетом передаточной функции манжеты в процессе стравливания воздуха из манжеты при измерении АД. Проведен большой объем имитационного моделирования. Показана релевантность модели и возможность с ее помощью моделировать постокклюзионную реактивную гиперемию (ПОРГ) в артерии плеча и микроциркуляторном русле кожи. Обосновано применение сигмоидной функции для описания передаточной функции манжеты тонометра. Обоснована трёхкамерная модель сосудистого русла руки. На основе имитационного моделирование показано, что амплитуда сигнала сфигмограммы (СФГ) увеличивается с ростом эластичности стенки артерии. Поскольку максимум огибающей СФГ практически не сдвигается по шкале времени, но сама СФГ уширяется с ростом жесткости влево, значения САД для более жесткой артерии окажутся завышены. Аналогично исследовалось влияние тонуса на формирование сигнала СФГ. В общем случае увеличение постоянного и неизменного в процессе измерений АД тонуса приводит к небольшому снижению амплитуды сигнала СФГ, и к заметному сдвигу максимума огибающей вправо. В данном случае, можно прогнозировать, что регистрируемые значения САД и ДАД окажутся занижены. Аналогичное моделирование проводилось для случаев переменного тонуса в процессе измерений. Было дополнительно промоделировано сложное поведение постоянной компоненты сигнала ФПГ в процессе длительной окклюзии - явления, видимо, впервые замеченного. В целом, с использованием предложенного подхода к моделированию удалось обосновать влияние тонуса и реактивности (скорости изменения тонуса) на формирование сигналов СФГ и ФПГ, а также показать их влияние на погрешности при оценке величин САД и ДАД. Одним словом, удалось получить теоретическое подтверждение основной гипотезе проекта. Также выполнен в отчетном периоде совокупный анализ полученных в проекте экспериментальных и теоретических результатов. Полученные экспериментальные и теоретические данные оказались в хорошем согласии друг с другом. Теоретическое моделирование подтвердило основную гипотезу проекта – тонус и реактивность сосудов влияют на формирование сигнала СФГ и могут являться источниками возникновения погрешности при оценке САД и ДАД. Получен сверх плана дополнительный результат по изменению перераспределения кровотока в сосудистом русле руки при длительной артериальной плечевой окклюзии. Это перераспределение зависит от тонуса сосудов, может быть смоделировано теоретически и зарегистрировано экспериментально оптическими неинвазивными методами. Это явление может иметь важное диагностическое значение в медицине. На момент формирования отчета при совокупном анализе общих полученных результатов, прямой корреляции величин расхождения в показаниях САД и ДАД между экспертным методом и автоматическим тонометром с оцениваемыми параметрами тонуса или реактивности сосудов найдено не было. Это говорит о том, что процесс формирования ошибки более сложный, что необходимо анализировать не один какой-то параметр, а совокупность параметров (если найти подходящую методику анализа), а также их динамику, в частности, динамику тонуса непосредственно в процессе измерения. В том числе, не исключена и ситуация, что тонус и реактивность влияют и на точность экспертного аускультативного метода. В ходе анализа результатов проекта были получены первые, неподтвержденные пока данные, что такое может иметь место. Тем не менее, минимум один оптический маркер ошибочных показаний автоматического тонометра найден был. Он подтверждает экспериментально основную гипотезу проекта, но пригоден только для САД. Маркер представляет собой время задержки сигнала ФПГ на пальце руки по отношению к времени фиксации САД в манжете тонометра. В ходе анализа было выявлено, что жесткость, тонус и реактивность сосудов отражается на времени запаздывания сигнала ФПГ и на динамике перфузии крови в пальце руки. В случаях, когда автоматический тонометр выдает ошибочные величины САД, значимо отличающиеся от экспертных, часто отмечается существенное отклонение в зарегистрированной задержке времени ∆t по отношению к расчетным значениям и усредненным данным по группе испытуемых с расхождением результатов в пределах ±5 мм рт. ст. Отличия могут достигать 2,5 раз с разным знаком. Среднее время появления сигнала ФПГ на пальце руки по отношению к моменту времени фиксации САД в манжете тонометра составляет 1,95±0,35 секунд (время появление сигала по амплитуде выше установленного порога). Если у пациента зарегистрированное время задержки существенно отличается от этого интервала, является отрицательным и т.п. – это повод усомниться в показаниях тонометра. В связи с этим, была предпринята попытка скорректировать показания тонометра на основе данного оптического маркера. Сильно отличающиеся значения времени задержи заменялись на 1,95 и заново по записи первичных данных пересчитывалось САД. Нельзя сказать, что это сильно исправило ситуацию в части значимого уменьшения величины разбросов САД. Но ситуация поменялась. В ряде случаев разбросы уменьшились, хотя в некоторых случаях они, наоборот, возросли. В итоге распределение сузилось, но не так значимо, как планировалось получить в качестве результатов проекта. Планировалось сужение интервала разбросов на 25%, полученное сужение – порядка 10%. И оно получено только для САД. Тем не менее, данный результат подтверждает основную гипотезу проекта.