Ученые Томского политехнического университета разработали аппаратно-программный комплекс на основе наносенсоров для измерения микропотенциалов сердца в реальном времени без фильтрации и усреднения кардиоциклов. Прибор позволяет регистрировать ранние патологические изменения в работе клеток сердечной мышцы, которые иначе можно зафиксировать только при операции на открытом сердце или путем введения электрода в полость сердца через вену. Такие изменения могут привести к внезапной сердечной смерти. В России и в мире аналогов томскому прибору по целому ряду ключевых характеристик на сегодняшний день не существует. Результаты четырехлетних измерений микропотенциалов с помощью этого прибора с участием добровольца опубликованы в журнале Measurement (IF: 3,364; Q1).  

Сердце постоянно генерирует электрические сигналы. Они вызывают сокращение сердечной мышцы и помогают сердцу выполнять функцию насоса. По форме и длительности этих импульсов можно судить о состоянии сердца. Основной метод регистрации электроимпульсов, который используется повсеместно, — это электрокардиография (ЭКГ). Но современные аппараты ЭКГ фиксируют уже критические изменения в работе сердечной мышце — миокарде.

 

«Поэтому остро стоит вопрос создания средств именно ранней диагностики этих нарушений, когда работу клеток можно восстановить медикаментозно, без операционного вмешательства. Для этого нужно фиксировать энергию микропотенциалов —электрических сигналов, испускаемых отельными клетками. Но как это сделать неинвазивно? Наш коллектив долгое время работал над этой задачей, в результате мы с участием коллег-медиков разработали программно-аппаратный комплекс. Суть его работы похожа на ЭКГ, но мы изменили датчики: сделали наносенсоры вместо обычных датчиков и смогли измерять сигналы нановольтового и микровольтового уровня без фильтрации и усреднения в широкой полосе частот. Использование наносеноров повлекло за собой необходимость применять оригинальные схемотехниеские решения, писать свое программное обеспечение. В итоге мы получили колоссальную разницу в чувствительности», — говорит научный руководитель проекта, заведующая лабораторией «Медицинская инженерия» ТПУ Диана Авдеева. 

Комплекс состоит из набора датчиков (сенсоров), компактного основного устройства для фиксации поступающих сигналов от сенсоров и программного обеспечения для обработки данных. Датчики закрепляются на грудной клетке человека с использованием стандартного проводящего геля. Процедура мониторинга занимает около 20 минут. 

Стандартные электрокардиографы работают на частотах от 0,05 до 150 герц, прибор томских ученых — на частотах до 10 000 герц. 

«Для качественного съема ЭКГ обычно применяют хлорсеребряные электроды. Наши датчики тоже хлорсеребряные. Но мы использовали наночастицы серебра. В каждом нашем сенсоре находится до 16 тонких пластинок из пористой керамики, в этих порах размещаются наночастицы серебра. В одном датчике миллионы частиц, каждая является хлорсеребряным наноэлектродом, способным усиливать электрическое поле сердца. Наночастицы серебра и золота способны усиливать электромагнитное поле: видимый свет в 10 000 раз, инфракрасное излучение в 20 раз. Также мы отказались от использования фильтров для подавления сетевой помехи и шумов, которые обычно используются в стандартных ЭКГ и значительно искажают микропотенциалы», — говорит Диана Авдеева. 

В опубликованной статье представлены данные мониторинга работы сердца одного добровольца. В течение четырех лет он участвовал в исследованиях и проходил процедуру мониторинга каждые 7-10 дней. 

«В начале нашего исследования у добровольца мы фиксировали явные нарушения работы клеток миокарда. Его лечащий врач рекомендовал ему операцию, в НИИ кардиологии ему был установлен стент. Затем он продолжил участие в исследованиях, и прибор зафиксировал дальнейшее постепенное восстановление работы сердца», — отмечает ученый. ​

Ранее проект ученых получил поддержку технологической платформы «Медицина будущего» и федеральной целевой программы. Создавался комплекс в партнерстве со специалистами НИИ кардиологии Томского НИМЦ, индустриальным партнером выступало московское предприятие ОАО НПО «Экран». 
«Была поставлена задача создать чувствительный, компактный и доступный по цене комплекс, чтобы в перспективе его могли себе позволить поликлиники и пользователи на дому. Кроме того, разработанные методы и средства могут быть использованы не только в кардиологии. Перспективными являются направления любых электрофизиологических исследований, таких как электроэнцефалография, электромиография и так далее. Но, конечно, до внедрения в кардиологии нам нужно пройти еще несколько важных этапов. Это и сбор нужного массива статистических данных, сертификация комплекса для медицинского использования. Все эти этапы требуют подключения финансирования, мы сейчас заняты поиском партнеров и поддерживающих программ», — говорит участник исследовательского коллектива, инженер лаборатории «Медицинская инженерия» Михаил Южаков.​

Справка: 

По данным Всемирной организации здравоохранения, сердечно-сосудистые заболевания являются основной причиной смерти в мире. Среди всех причин выделяется феномен внезапной сердечной смерти (ВСС). Чаще всего ВСС является следствием инфаркта миокарда. Отслеживая состояние миокарда и активности его клеток, можно прогнозировать потенциальные угрозы здоровью. 


Похожие новости

  • 07/11/2019

    Более 30 студентов и аспирантов ТПУ получили стипендии Президента и Правительства РФ

    ​В числе стипендиатов Президента РФ — четыре студента и семь аспирантов Томского политехнического университета. Стипендию Правительства России будут получать 13 студентов и семь аспирантов. В течение учебного года, помимо основной, они ежемесячно будут получать дополнительную стипендию.
    1796
  • 27/11/2020

    В ТГУ будут создавать роботов для медицинской реабилитации пациентов

    ​ТГУ и Сибирский федеральный научно-клинический центр (СибФНКЦ) ФМБА РФ подписали соглашение о формировании консорциума «Совместная лаборатория медицинской робототехники «CyberMed». Его задачей является проведение фундаментальных и прикладных исследований, нацеленных на разработку роботизированных устройств и программного обеспечения для экстремальной и реабилитационной медицины.
    460
  • 19/11/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: «умные» удобрения, ферритовая керамика и наносеребро

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за октябрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 57, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 7,246.
    1127
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    817
  • 24/11/2020

    Метод радиофизиков повысит выявление рака груди на ранних стадиях

    Ученые радиофизического факультета ТГУ предложили новый подход для обнаружения малоразмерных раковых образований молочной железы при зондировании радиоволнами СВЧ-диапазона. Метод позволит повысить вероятность выявления опухолей на ранней стадии образования без использования ионизирующего рентгеновского излучения.
    538
  • 14/12/2020

    Томский НПЦ "Полюс" начнет выпуск антивирусных рециркуляторов воздуха

    ​Научно-производственный центр (НПЦ) "Полюс" в начале 2021 года планирует приступить к промышленному выпуску рециркуляторов воздуха на основе инновационной антивирусной лампы "Экран-50.1", разработанной в Институте сильноточной электроники СО РАН; рециркулятор позволяет очищать воздух от вирусов, бактерий и грибков на 99,9%, рассказал РИА Томск замгубернатора по промышленной политике Игорь Шатурный.
    884
  • 30/12/2020

    Ученые ТГУ и DESY создали первый в мире комптоновский микроскоп

    ​​Радиофизики ТГУ вместе с учеными из немецкого электрон-синхротронного центра DESY завершили разработку и тестирование первого в мире комптоновского микроскопа, позволяющего проводить исследования на субклеточном уровне, то есть изучать живые, функционирующие клетки без их препарирования.
    1038
  • 27/10/2020

    Ученые ТГУ разработали проект комплексной очистки водоемов от нефтяных загрязнений

    ​​​Ученые Биологического института Томского госуниверситета (БИ ТГУ) разработали комплексный проект очистки водотоков от нефти. Какие решения они предлагают для ликвидации последствий аварий и разливов нефти – в обзоре РИА Томск.
    599
  • 18/03/2021

    Алгоритмы перемещения для дронов-курьеров Почты России разработают в ТГУ

    Аспирантка факультета инновационных технологий Томского госуниверситета Марина Шихман разрабатывает алгоритмы перемещения беспилотников, позволяющие доставлять грузы по заданному маршруту в городской среде.
    378
  • 07/12/2020

    Единственное в России производство радиофармпрепарата с таллием-199 запущено на циклотроне ТПУ

    ​На циклотроне Томского политехнического университета запущено производство радиофармпрепарата «Таллия хлорид, 199Tl» на основе радиоактивного изотопа таллия-199. На сегодняшний день оно единственное в России.
    1000