Капилляроскопия – давно известный диагностический метод, направленный в основном на исследование формы отдельных капилляров в капиллярной сети. Форма и размеры капилляров, а также скорость движения крови по ним отражают состояние кровеносной системы в целом. Несмотря на то, что скорость при этом является ключевым параметром, до сих пор нельзя было измерить ее напрямую.
Сотрудники Центра вычислительной оптики и фотоники Университета ИТМО применили высокоскоростную видеосъемку движения эритроцитов по капиллярам для установления скорости кровотока. Созданная система обладает повышенным пространственно-временным разрешением и объединяет средства фотоники, такие как высокоскоростная видеокамера, с новыми, специально разработанными алгоритмами обработки данных. Микроскоп фокусируется на участке биоткани, камера регистрирует последовательность изображений капилляров и передает ее на компьютер. Далее последовательность видеокадров обрабатывается таким образом, чтобы восстановить форму и размеры каждого капилляра, а также определить, какое расстояние прошел эритроцит вдоль центральной линии капилляра за единицу времени. Полученные данные для капиллярной сети могут быть использованы для диагностики ряда заболеваний и оценки эффективности терапии.
«Мы определяем размер и геометрию каждого капилляра в наблюдаемой капиллярной сети: его диаметр, форму, а также проводим прямое измерение того, как быстро через него движутся эритроциты, ‒ объясняет Игорь Гуров, руководитель Центра вычислительной оптики и фотоники, ведущий автор статьи. ‒ Хотя прибор достаточно простой, он способен помочь добиться объективных диагностических показателей и установить закономерности развития патологии. Кроме того, это абсолютно безболезненная, безвредная, комфортная для пациента процедура».
Скорость восстановления кровотока особенно важна при таких распространенных заболеваниях, как диабет или ишемическая болезнь сердца.
«Состояние биоткани можно оценивать по ее кровоснабжению. При этом скорость − это первичный, объективный показатель. К примеру, при диабете на вид сосуды могут быть еще в норме, но скорость движения эритроцитов по ним уже изменится. Это открывает новые перспективы для медицинских исследований. Одна из самых главных задач для нас − это борьба с социально значимыми заболеваниями. В частности, метод полезен при изучении процессов в сосудах при ишемии, например, для отслеживания, как восстанавливается ток крови под воздействием лекарств», − рассказывает один из авторов работы Никита Маргарянц.
Другие способы определения скорости кровотока, с одной стороны, не обеспечивают высокой точности данных, а с другой − не позволяют проводить измерения в отдельных капиллярах на протяжении длительного времени.
«Существует альтернативный прибор, дающий примерную, усредненную оценку скорости движения эритроцитов, − говорит Михаил Волков, сотрудник научно-технического центра. − На сегодняшний день он рекомендован для большинства клиник, но его результаты нужно калибровать, чтобы понять, что они на самом деле значат. Используя наш метод, можно это сделать».
Авторы отмечают, что развитие средств регистрации и обработки изображений существенно расширит возможности системы.
«Появятся новые видеокамеры, шины обмена, вычислительные средства, и при этом всё быстрее и точнее будет этот метод. Время работает на нас», − резюмирует Михаил Волков.
Статья: «High-speed video capillaroscopy method for imaging and evaluation of moving red blood cells», I. Gurov, M. Volkov, N. Margaryants et al. Optics and Lasers in Engineering Sep. 19, 2017
