Методика восстановления фотоплетизмограммы в диапазоне эндотелиальных и нейрогенных колебаний по результатам измерений температуры пальцев рук

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.

колебания температуры, колебания кровотока, термография, фотоплетизмография, свойства кожи, вейвлет-анализ, температурная волна, temperature oscillations, blood flow oscillations, thermography, photoplethysmography, skin properties, wavelet analysis, temperature wave

1. Березовский В. А., Колотилов Н. Н. Биофизические характеристики тканей человека: справочник. Киев: Наукова думка, 1990. 224 с.

2. Короновский А. А.,Храмов А. Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М.: Физматлит., 2003. 176 с.

3. Лыков А. В. Теория теплопроводности. М.: Высшая школа, 1967. 600 с.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. Aurelio S. B. M. Developments in heat transfer. 2011. P. 688.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.

15. Kistler A., Mariauzouls C., Berlepsch K. Fingertip temperature as an indicator for sympathetic responses // International Journal of Psychophysiology. 1998. Vol. 29. P. 35-41.

16. 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.

17. 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.

18. 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.

19. 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.

20. 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.

21. Trafford J., Lafferty K. What does photoplethysmography measure? // Medical and biological engineering and computing. 1984. Vol. 22. P 479-480.

22. Vernotte P Les paradoxes de la theorie continue de l’equation de la chaleur // Compte Rendus. 1958. Vol. 246. P. 3154-3155.