Оценка жесткости малых артериальных сосудов поверхностных биотканей по их спектрально-временным профилям диффузного отражения светового излучения

Разработка оперативной неинвазивной методики оценки состояния сосудов микроциркуляторного русла сердечно-сосудистой системы — перспективное направление создания аппаратуры для дифференциальной диагностики причин сосудистой дистонии и артериальной гипертензии. Проанализированы возможности спектроскопии диффузного отражения при определении основных параметров микроциркуляторного русла. Предложена расчетная модель формирования спектральновременного профиля локального диффузного отражения светового излучения пульсирующей кровенаполненной тканью, основанная на диффузионном приближении переноса излучения в рассеивающих средах и упрощенных аналитических выражениях, которые описывают связь между формой фотоплетизмограммы и давлением крови. Проанализированы особенности строения микроциркуляторного русла и влияние параметров артериальных сосудов пульсирующей секции этого русла на систолическое и диастолическое давление крови. Показано, что учет относительных сопротивлений кровотоку различных секций кровеносного русла и использование нормированной фотоплетизмограммы для расчета внутрипросветного давления крови в артериолах позволяет получить выражение для расчета коэффициента растяжения стенок артериол в кольцевом направлении. Рассмотрена методика регистрации спектрально-временных профилей диффузного отражения и их моделирования, а также формирования соответствующей функции невязки и поиска ее минимума. Результаты моделирования процесса определения параметров микроциркуляторного русла с учетом шумов аппаратуры подтверждают возможность создания комплекса на основе миниатюрного спектрофотометра, пульсоксиметра и датчиков скорости пульсовой волны, который предназначен для оперативной неинвазивной оценки как жесткости магистральных артериальных сосудов, так и малых артериальных сосудов микроциркуляторного русла.

1. B. E. Carlson, J. C. Arciero, T. W. Secomb. AJP-Heart Circ. Physiol., 295, N 10 (2008) H1572-H1579

2. J. C. Arciero, P. Causin, F. Malgaroli. AIMS Biophys., 4, N 3 (2017) 362-399

3. А. И. Кубарко, В. А. Фираго. Неотложная кардиология и кардиоваскулярные риски, 2, № 2 (2018) 358-363

4. А. И. Кубарко, В. А. Мансуров, А. Д. Светличный, Л. Д. Рагулович. Неотложная кардиология и кардиоваскулярные риски, 4, № 2 (2020) 1037-1044

5. A. Bashkatov, E. Genina, V. Tuchin. J. Innovative Opt. Health Sci., 4, N 1 (2011) 9-38

6. V. Tuchin. Tissue Optics: Light Scattering Methods and Instruments for Medical Diagnostics, SPIE Press, Bellingham, WA (2015)

7. M. Pinto, M. L. Barjas Castro, S. Nascimenti. Transfusion, 53 (2013) 766-769

8. F. T. Liasi, R. Samatham, S. L. Jacques. J. Biomed. Opt., 22, N 11 (2017) 1-6

9. С. А. Лысенко, В. А. Фираго, М. М. Кугейко, А. И. Кубарко. Журн. прикл. спектр., 83, № 4 (2016) 606-615

10. E. Zherebtsov, V. Dremin, A. Popov, A. Doronin, D. Kurakina, M. Kirillin, I. Meglinski, A. Bykov. Biomed. Opt. Express, 10, N 7 (2019) 3545-3559

11. V. Perekatova, A. Kostyuk, M. Kirillin, E. Sergeeva, D. Kurakina, O. Shemagina, A. Orlova, A. Khilov, I. Turchin. Diagnostics, 13, N 3 (2023) 457

12. S. Hsu, S. Tzeng, C. Yang. Biomed. Opt. Express, 6, N 2 (2015) 390-404

13. E. Andreozzi, R. Sabbadini, J. Centracchio. Sensors, 22, N 19 (2022) 7566

14. А. А. Федорович. Региональное кровообращение и микроциркуляция, 9, № 1 (2010) 49-60

15. Е. В. Мордвинова, Е. В. Ощепкова, А. А. Федорович, А. Н. Рогоза. Региональное кровообращение и микроциркуляция, 13, № 4 (2014) 18-27

16. S. Magder. Critical Care, 20, N 1 (2016)

17. В. В. Кузьков, М. Ю. Киров. Инвазивный мониторинг гемодинамики в интенсивной терапии и анестезиологии: монография, Архангельск, Северный гос. мед. ун-т (2008)

18. С. Н. Багаев, В. Н. Захаров, В. А. Орлов. Рос. журн. биомеханики, 6, № 4 (2002) 13-29

19. W. F. Jackson. Frontiers in Physiology, 12, N 7 (2021) 1-9

20. G. K. Snyder. Am. J. Physiology, 220, N 6 (1971) 1667-1672

21. O. Hotra, V. Firago, K. Shuliko, P. Kisała. Electronics, 12 (2023) 2893

22. T. J. Farrell, M. S. Patterson, B. C. Wilson. Med. Phys., 19 (1992) 881-888

23. T. J. Farrell, M. S. Patterson. J. Biomed. Opt., 6, N 4 (2001) 468-473

24. S. Jacques. Medical Optical Tomography: Functional Imaging and Monitoring, 5 August 1993, Proc. SPIE (1993) 103110D(1-16)

25. R. Doornbos, R. Lang, M. Aadlers, F.Cross. Phys. Med. and Biology, 44, N 4 (1999) 967-981

26. R. O. Haskell, L. Svaasand, T. Tsay. J. Opt. Soc. Am. A, 11, N 10 (1994) 2727-2741

27. A. Sanchez-Cano, J. Saldana-Diaz, L. Perdices. Appl. Opt., 59, N 13 (2020) D111-D117

28. O. Hotra, V. Firago, N. Levkovich, K. Shuliko. Sensors, 22, N 11 (2022) 4195(1-22)

29. V. A. Firago, N. V. Levkovich, K. I. Shuliko. Devices and Methods of Measurements, 13, N 2 (2022) 50-59

30. N. Rajaram, A. Gopal, X. Zhang. Lasers in Surgery and Medicine, 42, N 7 (2010) 680-688

31. E. Dervieux, Q. Bodinier, W. Uhring, M. Theron. J. Biomed. Opt., 25, N 10 (2020) 1-15

32. R. Nachabé, D. J. Evers, B. H. Hendriks. Biomed. Opt. Express, 2, N 3 (2011) 600-614