Игорь Самуилович Явелов – доктор технических наук, ведущий научный сотрудник лаборатории исследования биомеханических систем ИМАШ РАН. В период с 1997 по 2009 г. ему присуждено 12 дипломов и медалей за изобретения на международных салонах и европейских мировых выставках (Женева, Париж, Брюссель).
Игорь Самуилович занимается исследованием характеристик амплитудных волоконно-оптических измерительных систем с использованием преобразователей-зондов на основе открытого и закрытого оптических каналов и применением упругих и жестких чувствительных элементов для задач прикладной механики и гидромеханики, различных объектов современного машиностроения и медицинской техники.
Им были заложены основы сфигмографии высокого разрешения, позволяющей исследовать пульсовые волны и их скорость в различных регионах организма, определять ригидность сосудов с помощью многоканальных измерительных систем, модельные представления, позволяющие с различных позиций анализировать центральные и периферийные пульсовые волны, регуляцию артериального давления, тона Короткова и вариабельность сердечного ритма. Разработаны алгоритмы, позволяющие рассчитывать на основе замеров пульсовых волн лучевой артерии следующие параметры ССС, важные для диагностики: периферическое сопротивление сосудов, изменение артериального давления, стрессовый индекс по специальным фазовым построениям.
Ведётся сенсорная и программно-аппаратная разработка диагностической аппаратуры для врачей на основе исследования кардиомеханосигналов человека (т.е. на основе сосредоточенного сигнального сервиса).
Как Ваши исследования связаны с древнекитайской и тибетской пульсовой диагностикой и акупунктурой?
На сегодня известны следующие способы измерения пульсовой волны – акустический, оптический и пальпация (механический).
Методы древнетибетской диагностики и медицины направлены на управление формой пульсовой волны. В разных источниках и системах известно более трех тысяч видов пульса. Влияя на форму пульсовой волны (например, иглотерапией) ее можно направлять на различные органы, например на те, которые плохо снабжаются кровью без дополнительной стимуляции. Фактически реализуется механизм регуляции и адресной доставки крови до любых необходимых систем организма человека. В этом заключается принцип действия системы меридиан и акупунктурных точек в восточной медицине.
Возможна ли адресная доставка крови в сердечно-сосудистой системе на основе современных технических средств?
Нами предложен метод оценки вариабельности сердечного ритма по контуру пульсовых волн, а не по кардиоциклам. Пульсовые волны крупных артерий исследованы с помощью датчиков высокого разрешения на основе волоконно-оптических преобразователей. Нами был рассмотрен анализ вариабельности сердечного ритма, который сопровождает дыхание, а также ряд функциональных проб. Показано, что за счет низкочастотных модуляций сердечного ритма обеспечивается локальное увеличение кровотока и реализуется адресная доставка крови.
Кроме того нами разработаны принципы усовершенствования массажных средств, позволяющие с помощью обратных связей повысить их эффективность и обеспечить адресацию при доставке крови и препаратов.
Вами придуман способ измерения артериального давления. При этом за последние 100 лет официальной медициной и кардиологией практически ничего кроме тонометра Короткова не применяется. Почему Ваши разработки представляются перспективными для здравоохранения?
Задача, на решение которой направлено наше изобретение, заключается в повышении точности измерения артериального давления. Нами создан компактный многофункциональный манжетный прибор, сочетающий в себе свойства тонометра, анализатора пульсовой волны, электрокардиографа, апекскардиографа и электронного фонендоскопа. В этом приборе имеется отсчетно-командный блок с компрессором и монитором, дополненный датчиками пульсовой волны и фонендоскопом оригинальной конструкции на волоконной оптике. Имеются также электроды-клипсы для съемки ЭКГ в одном отведении. Датчики связаны с прибором беспроводной связью, что создает максимальное удобство для врача.
Сердечнососудистые заболевания (ССЗ) в настоящее время являются одной из основных причин смертей во всем мире. ССЗ поражают не только пожилых людей, но и представителей среднего возраста, то есть налицо «омоложение» проблемы ССЗ.
Диагностикой и лечением ССС занимались предшественники современных врачей с глубокой древности. 5000 лет назад существовала древнетибетская пульсодиагностика и меридиональная медицина, тайны которой не раскрыты и до сих пор. Известные врачи древности Гален, Гиппократ, Геродал, Ибн Сина обогатили опыт пульсовой диагностики тонким и неординарным ее толкованием. Более поздний период развития медицины связан с появлением учения о перкуссии, творцами которой считаются австралийский врач Леопольд Ауэнбруггер (1722-1809 г.г.) и французский врач Жан Корвизар (1755-1821 г.г.). В дальнейшем развитие этой области связано с такими именами, как Рене Лаэннек (в 1819 г. предложил аускультацию сердца) и представителями русской терапевтической школы Н.Д. Стражеско, В.П. Образцовым. Конкретно развитие диагностики в плане исследования кардиомеханосигналов связано с появлением в 1860 г. артериосфигмографа Марея. Оно отображало пульсовые волны на закопченной стеклянной пластинке. Следующий этап развития кардиодиагностики знаменуется изобретением в 1905 г. манжетного тонометра, известного как тонометр Н.С. Короткова. Далее этот метод был усовершенствован Н.Н. Савицким.
Современный этап развития механопульсографии связан с появлением сенсоров и электронных систем обработки данных, сначала аналоговых, а затем цифровых. В Институте машиноведения РАН им. А.А. Благонравова более 30 лет развивается направление сенсорики, использующее волоконно-оптические жгуты-зонды, обладающие повышенной параметрической надежностью. На их основе разработаны оригинальные датчики кардиомеханосигналов: пульсовой волны и виброакустических сигналов сердца, которые обладают рядом полезных свойств, позволяющих создавать современные аналоги старинных (но незаменимых для врача) инструментов – тонометра и фонендоскопа. Получение качественных кардиосигналов в цифровой форме дает возможность конструировать компактные, удобные варианты аппаратуры с минимальным количеством шлангов и проводов, обрабатывать сигналы современными математическими методами и собирать максимум информации о пациенте за короткое время.
Предложенный нами способ основан на преобразовании давления пульсовой волны в электрический сигнал. Электрический сигнал выводят на индикатор информации. На пульсовой волне на индикаторе расставляют контрольные точки. Эти точки отображают начало кардиоцикла, максимальное давление, закрытие аортального клапана, минимум перед откликом артериол, отклик артериол, отклик капилляров, конец кардиоцикла. Определяют соотношения между амплитудами и между фазами реперных точек. Величину артериального давления определяют по оригинальной математической формуле с учетом расположения контрольных точек. Этот способ позволяет повысить точность измерения артериального давления.
Данный способ включает преобразование аналогового сигнала, полученного от датчика пульсовой волны в цифровой сигнал, характеризующий амплитуду воспринимаемых пульсовых волн кровяного давления с последующим вычислением в блоке анализа измерения информации для получения систолического и диастолического давления. Использование данного способа позволяет повысить точность измерения артериального давления за счет исключения влияния артефактов при измерении постоянной составляющей пульсовой волны и использования лишь амплитудно-фазового анализа только контура переменной составляющей пульсовой волны.
Я участвовал в создании перспективных алгоритмов по оценке биологического возраста сердечно-сосудистой системы. Где это может быть применено?
Можно оценивать свой биологический возраст хоть ежеминутно или ежедневно. Это делается на основе математического анализа формы пульсовой волны человека и полезно для самоконтроля: на пользу ли пошли нагрузки, например спортивные, как влияет питание или диета, стрессы. Можно оценить даже влияние восприятия видео-контента и текстовой информации. Такое устройство позволит на ранней стадии распознать признаки увеличения биологического возраста для предупреждения и профилактики сердечно-сосудистых заболеваний. Таким образом, применение наших разработок позволяет продлить творческое долголетие и увеличить продолжительность жизни.
Как полученные результаты могут быть использованы в других областях техники?
Спиральные течения в кровеносных сосудах, которые организованы свойствами самих сосудов и спиральной структуры сердца как эффективного насоса, могут быть воспроизведены в технике для перекачки больших объемов жидкости, например нефти. Это позволит удешевить транспорт и ускорить поставку больших объемов жидких сред.
Интервью: Иван Степанян
