13стандартного отклонения 33%), которое наблюдалось уже в начальный момент эксперимента. Это, вероятно, было связано с сильной морфологической изменчивостью выбранных участков кожи и небольшой статистической выборкой.
Работа поддержана грантами РФФИ №№ 20-32-90043 и 18-5216025, а также стипендиальным грантом посольства Франции в России для совместной франко-российской аспирантуры в рамках программы "Вернадский " (2018-2021).
Библиографический список
1. Damestani Y., Melakeberhan B., Rao M. P., Aguila G. Optical clearing agent perfusion enhancement via combination of microneedle poration, heating and pneumatic pressure // Lasers Surg Med. 2014. 46:488-98.
2. Zhao Q., Dai C., Fan S., Lv J., Nie L. Synergistic efficacy of salicylic acid with a penetration enhancer on human skin monitored by OCT and diffuse reflectance spectroscopy // Sci Rep. 2016. 6:34954.
Feng W., Shi R., Zhang C., Liu S., Yu T., Zhu D. Vizualization of skin microvascular dysfunction of type I diabetic mice using in vivo skin optical clearing method // J Biomed Opt. 2019. 24:031003.
ИНТЕГРАЛЬНОЕ КАРТИРОВАНИЕ АКТИВНОСТИ ПОТОВЫХ ЖЕЛЕЗ МЕТОДОМ ТЕРМОГРАФИИ
Д.И. Майское, И.С. Залетов, А.В. Фомин, А.В. Скрипаль, А.А. Сагайдачный Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: dmayskov@gmail.com
Аннотация: В работе проведен анализ работы потовых желез путем построения интегральной карты времени активности потовых пор. Показано, что при термографическом анализе гемодинамических процессов следует учитывать пространственное распределение потовых пор, а также учитывать двухкомпонентность температурного сигнала, обусловленного как испарением жидкости с поверхности кожи за счет работы потовых желез, так и влиянием периферической гемодинамики. Представленные карты активности потовых желез в перспективе могут использоваться для обнаружения патологий малых нервных волокон, развивающихся при ряде болезней, например, таких как сахарный диабет.
Ключевые слова: термография, потовые поры, интегральная карта.
Интерес к изучению потовых желез обусловлен тесной взаимосвязью их активности с симпатической иннервацией периферических областей тела человека. Повышение активности потовых желез и выделение секрета происходит не только вследствие терморегуляции, но также является ответом на физиологическую и медикаментозную нагрузку [1].
Нарушение деятельности потовых желез проявляется при таких патологиях как сахарный диабет, хроническая сердечная недостаточность, гипергидроз, тиреотоксикоз и др. [2 - 4]. Поэтому количественный анализ активности потовых желез имеет фундаментальное значение для
биомедицинской диагностики и контроля процесса лечения широкого спектра болезней. Использование инфракрасных изображений для визуализации открытых потовых пор стало возможным относительно недавно лишь с повышением амплитудного и пространственного разрешений термограмм. Последнее позволило открыть ряд новых физиологических эффектов и описать регуляторные реакции во время физической и тепловой нагрузки [5, 6]. Для оценки общего уровня активности потовых желез у конкретного индивида целесообразно учесть как временную, так и пространственную динамику процесса открытия/закрытия потовых пор.
Цель данной работы состоит в анализе работы потовых желез путем построения интегральной карты времени активности потовых пор.
Измерения проводились на волярной поверхности дистальной фаланги указательного пальца правой руки. Первичные термографические данные записывались с помощью тепловизионной камеры ThermaCam SC 3000, FLIR Systems (Швеция) с макролинзой 34/100, в спектральном диапазоне 8-9 мкм с температурной чувствительностью 0.02 °C, разрешением изображения 320 х 240 пикселей и частотой дискретизации 5 кадров/с. Площадь анализируемой поверхности фаланг пальцев оставалась постоянной и имела значение 4 см2, что обеспечивало пространственное разрешение около 80 мкм/пиксель. Измерения выполнялись в лабораторных условиях при стабильной температуре окружающей среды 23±0.2 °C и отсутствии форсированной конвекции.
После получения первичных термографических данных производился поиск потовых пор на термограмме с помощью алгоритма, который подробно описан в работе [7]. В результате получали карты распределения потовых пор (рисунок 1).
Рис. 1. Пример термограммы с найденными открытыми потовыми порами: а - исходная термограмма; б - обнаруженные открытые потовые поры; в - карта локальных минимумов, соответствующая обнаруженным потовым порам
На основе карты открытых потовых пор строилась интегральная карта, каждая точка которой с координатами (/, у) количественно характеризует процент времени, в течение которого данная потовая пора находилась в открытом состоянии по отношению к общему времени наблюдения (1).
/у..
/,■ / = -Г^ • 100% ,
I-
(1)
тах
где ¡¡у - интенсивность точки с координатами (¡, у) интегральной карты, - суммарная интенсивность в точке с координатами (¡, у), 1тах -максимально возможная интенсивность, количественно определяемая числом кадров в термограмме (длительности термограммы).
Затем к построенной интегральной карте применялась цветовая палитра в градиентах серого (рисунок 2). Белые точки на данной карте соответствуют областям с потовыми порами. Для анализа были выбраны несколько областей: с наличием потовых пор и без них. Координаты данных областей использовались при анализе исходных массивов температурных данных.
к^П'Л! к
. V- * Ч- - -у - -
100%
50%
0%
Рис. 2. Интегральная карта времени активности потовых желез.
На рисунке 3 приведены кривые, отражающие зависимость температуры от времени в областях с отсутствием потовых пор и в точке, которая соответствует центру потовой поры (обладает наибольшей интенсивностью в области, соответствующей потовому каналу на интегральной карте (рисунок 2).
33.5
О 0.5 1 1.5 2
- Центр активного потового канала Время, мин
- Область без активного потового канала
Рис. 3. Динамика температуры: в области без активных потовых каналов (пунктир), в точке, соответствующей центру потовой поры (сплошная).
Как видно, при анализе различных областей на термограмме температурные зависимости, соответствующие, выбранным областям, будут отличаться. Ранее считалось, что вклад активности потовых желез в температурное распределение на поверхности кожи незначителен по сравнению с вкладом периферической гемодинамики. Но, из рисунка 3 следует, что в области, в которой отсутствуют активные потовые поры больший вклад в распределение вносит периферическая гемодинамика, в центре активного потового канала заметны локальные минимумы, соответствующие понижению температуры в этой точке, при открытии потового канала (выделенные области на рисунке 3).
Таким образом, при термографическом анализе гемодинамических процессов следует учитывать пространственное распределение потовых пор, а также учитывать двухкомпонентность температурного сигнала, обусловленного как испарением жидкости с поверхности кожи за счет работы потовых желез, так и влиянием периферической гемодинамики. Описанный метод построения интегрального изображения активности потовых желез в перспективе может использоваться для количественной оценки прогрессирования и терапии патологий, сопровождающихся поражением малых нервных волокон, иннервирующих потовые железы, например, при сахарном диабете.
Работа выполнена при финансовой поддержке Российского фонда фундаментальных исследований (проект РФФИ № 19-32-90072).
Библиографический список
1. Shibasaki M., Kondo N., Crandall C.G. Non-thermoregulatory modulation of sweating in humans // Exercise and sport sciences reviews. 2003. V. 31. № 1. P. 34-39
2. Вайнер Б. Г. Матричное тепловидение в физиологии. // Сиб. отд-ния Рос. АН. 2004. 95 с.
3. Вайнер Б.Г. Коротковолновые матричные тепловизоры - оптимальное средство медицинской диагностики и контроля // Больничный лист. 2002. C. 14-21
4. Vainer B. G. FPA-based infrared thermography as applied to the study of cutaneous perspiration and stimulated vascular response in humans // Physics in Medicine & Biology. 2005. V. 50. № 23. p. 63
5. Shastri D., Merla A., Tsiamyrtzis P., Pavlidis I. Imaging facial signs of neurophysiological responses // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2009. V. 56. № 2. P. 477-484.
6. Cardone D., Pinti P., Merla A. Thermal infrared imaging-based computational psychophysiology for psychometrics // Computational and mathematical methods in medicine. 2015.
7. Сагайдачный А. А., Майсков Д. И., Залетов И. С., Фомин А. В., Скрипаль Ан. В. Детектирование активности единичных потовых желез методом макротермографии и ее взаимосвязь с температурой кожи и периферической гемодинамикой // Изв. Сарат. ун-та. Нов. сер. Сер. Физика. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 103115.
ТЕРМОГРАФИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА КОРРЕЛЯЦИИ ГЕМОДИНАМИКИ В КОНТРАЛАТЕРАЛЬНЫХ КОНЕЧНОСТЯХ
И.С. Залетов, Д.И. Майсков, А.В. Фомин, А.В. Скрипаль, А.А. Сагайдачный Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского E-mail: izaletov25@gmail.com
Аннотация: Рассматривается возможность использования метода термографической оценки корреляции гемодинамики в контралатеральных конечностях с целью диагностики нарушения процессов регуляции кровообращения. Производится оценка коэффициентов корреляции температурных кривых и их вейвлет-спектров в низкочастотном диапазоне колебаний менее 0.02 Гц.
Ключевые слова: термография, система кровообращения, гемодинамика, окклюзионная проба.
Известно, что такие параметры как артериальное давление, скорость кровотока, объемное кровенаполнение и тонус артериальных сосудов подвержены влиянию различных физиологических механизмов регуляции, обеспечивающих адаптацию организма к изменяющимся внешним и внутренним условиям. Это приводит к наличию колебаний указанных параметров, которые, в общем случае, можно разделить на спонтанные и стимулированные (вынужденные).
