Метод тепловизионной визуализации колебаний кожного кровотока в конечностях: модификация спектральных составляющих

Цель исследования - описание возможностей метода визуализации колебаний кожного кровотока конечностей, основанного на спектральной обработке динамических термограмм. Материалы и методы исследования. Метод предполагает разложение температурного сигнала на спектральные составляющие, модификацию спектральных составляющих и обратное преобразование спектральных составляющих в сигнал, рассматриваемый как колебания кровотока. Модификация спектральных составляющих выполняется с учетом тепловых свойств кожи и предназначена для компенсации затухания и запаздывания спектральных составляющих температуры относительно составляющих кровотока. Результаты. Продемонстрированы карты колебаний кровотока в области кистей, полученные в результате обработки термограмм в процессе проведения окклюзионной пробы. Рассчитанные из термограмм значения колебаний кровотока подтверждены измерениями кровотока методом фотоплетизмографии. Выводы. Методика позволяет восстанавливать колебания кровотока в любой точке термограммы исследуемого объекта. К преимуществам визуализации колебаний кровотока тепловизионным методом можно отнести: независимость сигнала кровотока от внешних источников видимого излучения и угла съемки, сигнал может регистрироваться как на поверхности всего тела, так и на отдельных его участках. В перспективе описанная технология тепловизионной визуализации колебаний кровотока может применяться для мониторинга кожной микроциркуляции крови в конечностях при прогрессировании и лечении таких патологий, как синдром диабетической стопы, синдром Рейно, а также в случае ожогов, обморожений, травм или атеросклероза.

тепловидение, термография, фотоплетизмография, визуализация, колебания температуры, колебания кровотока, вейвлет-анализ, thermal imaging, thermography, photoplethysmography, imaging, temperature oscillations, blood flow oscillations, wavelet analysis

1. Сагайдачный А. А. Методика восстановления фотоплетизмограммы в диапазоне эндотелиальных и нейрогенных колебаний по результатам измерений температуры пальцев рук / А. А. Сагайдачный, А. В. Скрипаль, A. В. Фомин, Д. А. Усанов // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2013. № 3. С. 22-28.

2. Усанов Д. А. Взаимосвязь колебаний температуры и кровотока пальцев рук / Д. А. Усанов, А. А. Сагайдачный, А. B. Скрипаль, А. В. Фомин // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012. № 2. С. 37-42.

3. Allen J., Howell K. Microvascular imaging: techniques and opportunities for clinical physiological measurements // Physiological measurement. 2014. Vol. 35. № 7. P. R91.

4. Boue C. Thermal imaging of a vein of the forearm: Analysis and thermal modeling / C. Boue, F. Cassagne, C. Massoud, D. Fournier // Infrared Physics & Technology. 2007. Vol. 51. № 1. P. 13-20.

5. Bouzida N., Bendada A. H., Piau J. M. et al. Using lock-in infrared thermography for the visualization of the hand vascular tree // SPIE Defense and Security Symposium. International Society for Optics and Photonics. 2008. March. P. 69390O-69390O.

6. Bouzida N., Bendada A., Maldague X. P Visualization of body thermoregulation by infrared imaging // J. of Thermal Biology. 2009. Vol. 34. № 3. P. 120-126.

7. Francis J. E. Thermography as a means of blood perfusion measurement / J. E. Francis, R. Roggli, T. J. Love, C. P Robinson // J. of Biomechanical Engineering. 1979. Vol. 101. № 4. P. 246-249.

8. Gorbach A. M., Wang H., Wiedenbeck B. et al. Functional assessment of hand vasculature using infrared and laser speckle imaging // SPIE BiOS: Biomedical Optics. International Society for Optics and Photonics. 2009. Feb. P. 716919-716919.

9. Gul K. M., Ahmadi N., Wang Z. et al. Digital thermal monitoring of vascular function: a novel tool to improve cardiovascular risk assessment // Vascular Medicine. 2009. Vol. 14. № 2. P. 143-148.

10. Harrison D. K., Cook A. I. M. Detection of skin blood flow heterogeneity using functional parametric thermographic imaging // International Symposium on Biomedical Optics. International Society for Optics and Photonics. 2002. P. 170-177.

11. Jiang S. C. Effects of thermal properties and geometrical dimensions on skin burn injuries /S. C. Jiang, N. Ma, H. J. Li, X. X. Zhang // Burns. 2002. № 28. Р. 713-717.

12. Ley O., Deshpande C. V. Comparison of two mathematical models for the study of vascular reactivity // Computers in Biology and Medicine. 2009. Vol. 39. № 7. P. 579-589.

13. Liu W. M., Maivelett J., Kato G. J. et al. Reconstruction of thermographic signals to map perforator vessels in humans // Quantitative infrared thermography journal. 2012. Vol. 9. № 2. P. 123-133.

14. Love T. J. Thermography as an indicator of blood perfusion // Annals of the New York Academy of Sciences. 1980. Vol. 335. № 1. P. 429-437.

15. Sagaidachnyi А. А. Determination of the amplitude and phase relationships between oscillations in skin temperature and photoplethysmography - measured blood flow in fingertips/A. A. Sagaidachnyi, А. V. Skripal, A. V. Fomin. D. A. Usanov // Physiological measurement. 2014. Vol. 35. № 2. P. 153-166.

16. Wilson S. B., Spence V. A. Dynamic thermographic imaging method for quantifying dermal perfusion: potential and limitations // Medical and Biological Engineering and Computing. 1989. Vol. 27. № 5. P. 496-501.

17. Wu D. Lockin thermography for imaging of modulated flow in blood vessels / D. Wu, H. Hamann, A. Salerno, G. Busse // QIRT. Pisa, Italy, 1996. P. 343-347.