Медики научились смотреть за потоком крови онлайн

Наблюдать за проблемами с циркуляцией крови в тканях стало проще. Новый прибор биоинженеров из голландского городка Твенте может наблюдать за скоростью кровотока в режиме реального времени.

Инженеры из Университета Твенте в Нидерландах создали новый прибор, названный TOPCam (Twente Optical Perfussion Camera -- твентская оптическая камера слежения за кровоснабжением). Она позволяет неинвазивно следить за кровотоком в приповерхностных капиллярах. Причем в отличие от своих предшественников камера позволяет следить за кровотоком в режиме реального времени в участка, площадью 7×7 см. Медицинские работники, тестировавшие прибор, остались довольны качеством и скоростью его работы.

О пользе доплеровского сдвига

Принцип работы камеры общеизвестен и уже используется в подобных приборах. Исследуемый участок освещается лазером с определенной длиной волны. Свет проникает под кожу и отражается избирательно от движущихся красных кровяных клеток. Благодаря эффекту Доплера длина волны отраженного света меняется в зависимости от скорости движения отражающих частиц, это смещение фиксируется с помощью чувствительного фотодетектора. И уже на основе полученных данных определяется скорость кровотока. Любопытно, что ровно по такому же принципу измеряется расстояние до самых далеких галактик во Вселенной.

Отличие TOPCam от других приборов, использующих эффект Доплера, в принципе «освещения» исследуемого участка. Стандартно используется узкий лазерный луч с небольшой площадью сечения, как в лазерной указке. Этот метод позволяет либо фиксировать изменения скорости кровотока в режиме реального времени фактически в точке, то есть с поверхности, совпадающей по площади с пятном лазера, либо получать более обширные изображения, но для этого лазерный луч «сканирует» исследуемый участок точка за точкой. И на регистрацию кровотока на площади в 50 кв. см ему понадобится несколько минут.

В TOPCam используются более мощный лазер и система зеркал, которые «расширяют» лазерный пучок до необходимых размеров на расстоянии в 40 см от источника. Это удобное для наблюдений расстояние. Отраженный свет фиксируется чувствительной матрицей цифровой фотокамеры.

При наблюдении в режиме реального времени голландским инженерам удалось достичь скорости 1 кадр в 5 сек. При записи в память прибора можно записать «фильм» с частотой смены кадров до 26 раз в секунду, правда, только если «фильм» длится не более 4 сек. Это связано со сложностью обработки поступающей информации. При уменьшении площади сканирования длительность съемки увеличивается пропорционально, как и при уменьшении частоты.

Сравнение с аналогами

Твентские биоинженеры сравнили показания своего нового прибора с данными повсеместно используемого шведского сканирующего прибора Periflux5000. Для того чтобы получить сопоставимые данные, шведский прибор использовали в стационарном режиме. А в тестах с TOPCam исследуемый участок закрыли плотной бумагой с круглым отверстием, диаметр которого совпадал с диаметром луча Periflux. В обоих экспериментах запись велась онлайн в течение десяти минут. Данные совпали с высокой точностью, что говорит о том, что при всех своих преимуществах в скорости и площади TOPCam ничуть не проигрывает своим конкурентам в качестве получаемых данных.

Создатели прибора утверждают, что камера уже сейчас готова к применению в госпиталях и клиниках. С помощью такого прибора можно отслеживать восстановление кровотока в капиллярах после закупорки, наблюдать за кровоснабжением у ожоговых больных. Также одно из важных применений подобных приборов -- мониторинг после ампутации конечностей. Статья, в которой можно найти подробные характеристики прибора и результаты тестов, опубликована в журнале Optics Express и находится в открытом доступе.