
Исследователи стремятся реализовать клиническую стратегию мониторинга сосудистых состояний, таких как рестеноз и тромбоз, после процедур реконструкции сосудов. Обычные ультразвуковые датчики – это жесткие устройства для пациентов с послеоперационной хрупкой кожей. В новом отчете, опубликованном на сайте Science Advances, Фенгле Ван и исследовательская группа в области инженерии, механики и медицины в Пекине, Китай, представили гибкое ультразвуковое устройство Доплера для непрерывного мониторинга абсолютной скорости кровотока в глубоко встроенных артериях с использованием эффекта Доплера. Устройство, прилегающее к коже, было тонким и легким. Используя метод двухлучевого доплера (DBUD), Ван и др. получены точные измерения скорости потока. Носимое допплеровское устройство может улучшить качество ухода за пациентами после реконструктивной операции.
Сердечно-сосудистая система
Клиницисты оценивают изменения сердечно-сосудистой системы, исследуя изменения кровотока во времени и пространстве. Кровоток в артериях может изменяться пульсирующе из-за прерывистой работы сердца, когда скорость потока у стенки кровеносного сосуда ниже, чем в центре сосуда. Характеристики сосудов, включая их размеры и податливость, влияют на гемодинамику, происходящую в них. Параметры скорости потока также могут определять тромб, стеноз артерии, затвердевшую окклюзию и другие заболевания. Поэтому постоянный мониторинг кровотока у пациентов необходим в клинической практике и здравоохранении. В существующих системах здравоохранения ультразвуковое оборудование, включая портативное ультразвуковое устройство, встроено для измерения кровотока. В этой работе Wang et al. представили ультразвуковой допплеровский аппарат с непрерывной волной для непрерывного мониторинга абсолютного кровотока в режиме реального времени. Конструкция матрицы и двухлучевой ультразвуковой доплеровский метод позволили им получить абсолютную скорость и устранить необходимость в калибровке. Ван и др. продемонстрировал устройство на ультразвуковых фантомах и на артериях человека, чтобы продемонстрировать его превосходную способность контролировать скорость кровотока.
Затем команда проверила устройство на стандартном ультразвуковом фантоме, созданном для имитации тканевого материала и кровяной жидкости, которые имитировали акустические характеристики реальных человеческих тканей и жидкости. Ван и др. измерил доплеровский спектр кровотока, имитирующего кровь, при различных скоростях и соответствующим образом скорректировал пиковую скорость потока. С увеличением угла наклона и скорости увеличивается и сдвиг пиковой частоты. Чтобы точно измерить скорость кровотока с помощью эффекта Доплера, исследователи должны были знать угол между направлением потока и ультразвуковым лучом. Однако угол между направлением сосуда и поверхностью кожи обычно не определен; поэтому, чтобы преодолеть это, Ван и др. использовались решетки пьезоэлектрических преобразователей с разными углами наклона для качественного измерения скорости потока. Они вывели принцип этого метода как DBUD (двухлучевой ультразвуковой доплеровский метод) и определили уникальное решение доплеровских углов, скорости потока и угла наклона сосуда. Затем команда рассчитала угол Доплера и измерила абсолютную скорость без калибровки.
Моделированные эксперименты
Атеросклероз может вызвать сужение артерии (стеноз), что приводит к увеличению сопротивления кровотоку и окклюзии артерии. Кровоток по артериям обычно ламинарный, но при стенозе он может быстро увеличиваться, вызывая турбулентность за пределами сужения. Разрабатывая симулятор сужения in vitro, Ван и соавт. смоделированное сужение для захвата характеристик кровотока в различных условиях. Затем команда провела спектральный анализ, чтобы получить количественную информацию о кровеносных сосудах. По сравнению с постоянным потоком, кровоток был пульсирующим и производил беспорядочные доплеровские сдвиги частоты. Ван и др. получил точное измерение скорости кровотока в сонной артерии и сравнил его с результатом коммерческого ультразвукового аппарата. Сонная артерия связана с церебральным кровотоком и имеет типичный спектр из пяти характерных точек. Ван и др. подтвердил результат относительно коммерческих ультразвуковых аппаратов и отобразил измерения в форме доплеровского звука в слышимом диапазоне. Устройство непрерывно отображало изменения сопротивления сосудов, чтобы доказать свою роль в улавливании характеристик кровотока.
Перспективы
Таким образом, Фенгле Ван и его коллеги разработали гибкое и легкое ультразвуковое допплеровское устройство для неинвазивного мониторинга скорости кровотока в артериях человека в реальном времени. Устройство было простым без сложных компонентов визуализации по сравнению с клиническим ультразвуковым аппаратом. Команда использовала метод получения абсолютных скоростей всех движущихся рассеивателей в диапазоне выборки, основанный на методе двойного луча Доплера (DBUD). Исследователи предлагают использовать устройство для контроля скорости кровотока после процедур реконструкции сосудов.