microcirculationРегионарное кровообращение и микроциркуляцияRegional blood circulation and microcirculation1682-66552712-9756Academician I.P. Pavlov First St. Petersburg State Medical University10.24884/1682-6655-2013-12-3-22-28microcirculation-761Research ArticleОРИГИНАЛЬНЫЕ СТАТЬИ (КЛИНИЧЕСКИЕ ИССЛЕДОВАНИЯ)ORIGINAL ARTICLES (CLINICAL INVESTIGATIONS)Методика восстановления фотоплетизмограммы в диапазоне эндотелиальных и нейрогенных колебаний по результатам измерений температуры пальцев рукMethod of the photoplethysmogram restoration in the band of endothelial and neurogenic oscillations through the analysis of the finger tips temperatureСагайдачныйА. А.SagaidachnyiA. A.andsag@yandex.ruСкрипальА. В.SkripalA. V.skripalav@info.sgu.ruФоминА. В.FominA. V.89050344175@bk.ruУсановД. А.UsanovD. A.usanovda@info.sgu.ruСаратовский государственный университет им. Н. Г. ЧернышевскогоРоссияSaratov State UniversityRussian Federation2013300920131232228Copyright © Сагайдачный А.А., Скрипаль А.В., Фомин А.В., Усанов Д.А., 20132013Сагайдачный А.А., Скрипаль А.В., Фомин А.В., Усанов Д.А.Sagaidachnyi A.A., Skripal A.V., Fomin A.V., Usanov D.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.microcirc.ru/jour/article/view/761

Исследованы возможности восстановления сигнала фотоплетизмограммы по результатам температурных измерений пальцев рук. Колебания объемного кровотока, характеризуемые фотоплетизмограммой, рассматриваются как источник температурных волн различных частот, одновременно распространяющихся в биоткани и являющихся основной причиной колебаний температуры кожи. Группу испытуемых составили 10 человек в возрасте 20-35 лет, без установленных сердечно-сосудистых отклонений. С помощью вейвлет-анализа для каждого испытуемого были исследованы отдельные спектральные составляющие сигнала фотоплетизмограммы и колебаний температуры кожи. В результате построены частотные зависимости задержки и затухания спектральных составляющих температурного сигнала относительно составляющих сигнала фотоплетизмограммы в эндотелиальном (0,005-0,02 Гц) и нейрогенном (0,02-0,05 Гц) диапазонах. Использованная аппроксимация полученных частотных зависимостей позволяет перейти от температурного сигнала к сигналу фотоплетизмограммы с помощью временного сдвига и компенсации затухания спектральных составляющих колебаний температуры. Установленная связь температурного сигнала с сигналом фотоплетизмограммы в области пальцев может служить основой для применения термометрии в качестве способа мониторинга медленных колебаний периферического кровотока.

Possibilities of the restoration of photoplethysmography signal through the finger tips temperature measurements have been investigated. Blood flow oscillations, characterized by photoplethysmogram, are considered as a source of temperature waves of different frequencies, simultaneously propagates in a biotissue and are the main reason of the skin temperature oscillations. Research subjects were 10 man of 20-35 years without any case of cardiovascular diseases. By means of wavelet analysis for each subject individual spectral components of the photoplethysmogram and oscillations in skin temperature were investigated. As a result the frequency characteristic of delay and attenuation of the spectral components of the temperature signal in relation of the photoplethysmogram components in the endothelial (0.005-0.02 Hz) and neurogenic (0.02-0.05 Hz) ranges have been plotted. Use of the approximation of the frequency dependencies allows us to get photoplethysmogram by means of time shift and attenuation compensation of spectral components of the temperature oscillations. Established interrelation of the temperature signal with the photoplethysmogram in the finger tip area can serve as a basis for the application of thermometry as a method of monitoring of slow oscillations of peripheral blood flow.

колебания температурыколебания кровотокатермографияфотоплетизмографиясвойства коживейвлет-анализтемпературная волнаtemperature oscillationsblood flow oscillationsthermographyphotoplethysmographyskin propertieswavelet analysistemperature waveReferencesБерезовский В. А., Колотилов Н. Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. Киев: Наукова думка, 1990. 224 с.Березовский В. А., Колотилов Н. Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. Киев: Наукова думка, 1990. 224 с.Короновский А. А.,Храмов А. Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: Физматлит., 2003. 176 с.Короновский А. А.,Храмов А. Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: Физматлит., 2003. 176 с.Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.Подтаев С. Ю., Попов А. В., Морозов М. К., Фрик П. Г. Исследование микроциркуляции крови с помощью вейвлет-анализа колебаний температуры кожи // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009. Т. 8. № 3. С. 14-20.Подтаев С. Ю., Попов А. В., Морозов М. К., Фрик П. Г. Исследование микроциркуляции крови с помощью вейвлет-анализа колебаний температуры кожи // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2009. Т. 8. № 3. С. 14-20.Сагайдачный А. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В., Усанов Д. А. Восстановление спектра колебаний кровотока из спектра колебаний температуры пальцев рук, дисперсия температурного сигнала в биоткани // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2013. № 1. С. 76-82.Сагайдачный А. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В., Усанов Д. А. Восстановление спектра колебаний кровотока из спектра колебаний температуры пальцев рук, дисперсия температурного сигнала в биоткани // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2013. № 1. С. 76-82.Усанов Д. А., Сагайдачный А. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В. Взаимосвязь колебаний температуры и кровотока пальцев рук // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012. № 2. С. 37-42.Усанов Д. А., Сагайдачный А. А., Скрипаль А. В., Фомин А. В. Взаимосвязь колебаний температуры и кровотока пальцев рук // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012. № 2. С. 37-42.Almond N. E., Jones D. P, Cooke E. D. Noninvasive measurement of the human peripheral circulation: relationship between laser Doppler flowmeter and photoplethysmograph signals from the finger // Angiol. J. Vasc. Dis. 1988. P. 819-829.Almond N. E., Jones D. P, Cooke E. D. Noninvasive measurement of the human peripheral circulation: relationship between laser Doppler flowmeter and photoplethysmograph signals from the finger // Angiol. J. Vasc. Dis. 1988. P. 819-829.Aurelio S. B. M. Developments in heat transfer. 2011. P. 688.Aurelio S. B. M. Developments in heat transfer. 2011. P. 688.Bandrivskyy A., Bernjak A., McClintock P. et al. Wavelet phase coherence analysis: application to skin temperature and blood flow // Cardiovascular engineering: an international journal. 2004. Vol. 4. № 1. P 89-93.Bandrivskyy A., Bernjak A., McClintock P. et al. Wavelet phase coherence analysis: application to skin temperature and blood flow // Cardiovascular engineering: an international journal. 2004. Vol. 4. № 1. P 89-93.Benjamin N., Calver A., Collier J. Measuring Forearm Blood Flow and Interpreting the Responses to Drugs and Mediators // Hypertension. 1995. Vol. 25. P 918-923.Benjamin N., Calver A., Collier J. Measuring Forearm Blood Flow and Interpreting the Responses to Drugs and Mediators // Hypertension. 1995. Vol. 25. P 918-923.Bernjak A., Bernjak A., Clarkson P. B. M., McClintock P V. E., Stefanovska A. Low-frequency bloodflow oscillations in congestive heart failure and after [11-blockade treatment // Microvascular Research. 2008. Vol. 76. № 3. P. 224-232.Bernjak A., Bernjak A., Clarkson P. B. M., McClintock P V. E., Stefanovska A. Low-frequency bloodflow oscillations in congestive heart failure and after [11-blockade treatment // Microvascular Research. 2008. Vol. 76. № 3. P. 224-232.Burton A. C., Taylor R. M. A study of the adjustment of peripheral vascular tone to the requirement of the regulation of body temperature // Am. J. Physiol. 1940. Vol. 129. P. 566-577.Burton A. C., Taylor R. M. A study of the adjustment of peripheral vascular tone to the requirement of the regulation of body temperature // Am. J. Physiol. 1940. Vol. 129. P. 566-577.Burton A. C. Range and variability of the blood flow in the human fingers and the vasomotor regulation of body temperature / A.C. Burton // Am. J. Physiol. 1939. Vol. 127. № 3. P 437-453.Burton A. C. Range and variability of the blood flow in the human fingers and the vasomotor regulation of body temperature / A.C. Burton // Am. J. Physiol. 1939. Vol. 127. № 3. P 437-453.Johnson J. M., Taylor W. F., Shepherd A. P., Park M. K. Laser-Doppler measurement of skin bloodflow: comparison with plethysmography // J. Appl. Physiol.: Respir. Environ. Exercise Physiol. 1984. Vol. 56. P. 798-803.Johnson J. M., Taylor W. F., Shepherd A. P., Park M. K. Laser-Doppler measurement of skin bloodflow: comparison with plethysmography // J. Appl. Physiol.: Respir. Environ. Exercise Physiol. 1984. Vol. 56. P. 798-803.Kistler A., Mariauzouls C., Berlepsch K. Fingertip temperature as an indicator for sympathetic responses // International Journal of Psychophysiology. 1998. Vol. 29. P. 35-41.Kistler A., Mariauzouls C., Berlepsch K. Fingertip temperature as an indicator for sympathetic responses // International Journal of Psychophysiology. 1998. Vol. 29. P. 35-41.Ninet J., Fronek A. Cutaneous Postocclusive Reactive Hyperemia Monitored by Laser Doppler Flux Metering and Skin Temperature // Microvascular research. 1985. Vol. 3. P. 125-132.Ninet J., Fronek A. Cutaneous Postocclusive Reactive Hyperemia Monitored by Laser Doppler Flux Metering and Skin Temperature // Microvascular research. 1985. Vol. 3. P. 125-132.Sagaidachnyi A. A., Usanov D. A., SkripalA. V., Fomin A. V. Restoration of finger bloodflow oscillations by means of thermal imaging // E-book Proceedings of 11-th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography (QIRT 2012) Bio, manuscript ID 115, Italy, Naples. 11-14 June.Sagaidachnyi A. A., Usanov D. A., SkripalA. V., Fomin A. V. Restoration of finger bloodflow oscillations by means of thermal imaging // E-book Proceedings of 11-th International Conference on Quantitative InfraRed Thermography (QIRT 2012) Bio, manuscript ID 115, Italy, Naples. 11-14 June.Shitzer A., Stroschein L. A., Gonzalez R. R., Pandolf K. B. Lumped-parameter tissue temperature-blood perfusion model of a cold-stressed fingertip // Journal of Appl. Physiol. 1996. Vol. 80. P 1829-1834.Shitzer A., Stroschein L. A., Gonzalez R. R., Pandolf K. B. Lumped-parameter tissue temperature-blood perfusion model of a cold-stressed fingertip // Journal of Appl. Physiol. 1996. Vol. 80. P 1829-1834.Shitzer A., Stroschein A., Sharp M. W. et al. Simultaneous measurements of finger-tip temperatures and blood perfusion rates in a cold environment // Journal of thermal biology. 1997. Vol. 22. № 3. P 159-167.Shitzer A., Stroschein A., Sharp M. W. et al. Simultaneous measurements of finger-tip temperatures and blood perfusion rates in a cold environment // Journal of thermal biology. 1997. Vol. 22. № 3. P 159-167.Shusterman V., Anderson K. P., Barnea O. Spontaneous temperature oscillations in normal human subjects // Am. J. Regul. Integr. Comp. Physiol. 1997. Vol. 273. P. 1173-1181.Shusterman V., Anderson K. P., Barnea O. Spontaneous temperature oscillations in normal human subjects // Am. J. Regul. Integr. Comp. Physiol. 1997. Vol. 273. P. 1173-1181.Trafford J., Lafferty K. What does photoplethysmography measure? // Medical and biological engineering and computing. 1984. Vol. 22. P 479-480.Trafford J., Lafferty K. What does photoplethysmography measure? // Medical and biological engineering and computing. 1984. Vol. 22. P 479-480.Vernotte P Les paradoxes de la theorie continue de l’equation de la chaleur // Compte Rendus. 1958. Vol. 246. P. 3154-3155.Vernotte P Les paradoxes de la theorie continue de l’equation de la chaleur // Compte Rendus. 1958. Vol. 246. P. 3154-3155.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.