Восстановление спектра колебаний кровотока из спектра колебаний температуры пальцев рук, дисперсия температурного сигнала в биоткани

Исследованы возможности восстановления спектра колебаний кровотока пальцев по результатам измерений колебаний температуры кожи. Температурные измерения выполнялись методом динамической термографии, колебания кровотока оценивались по огибающей пульсовых волн фотоплетизмограммы. Для восстановления спектра колебаний кровотока использовалась модель, устанавливающая связь колебаний кровотока с температурной динамикой. Разложение сигналов в спектр выполнялось с помощью вейвлет-анализа с базовым вейвлетом Морле (Morlet). В результате установлено, что рассмотренный способ восстановления спектра колебаний кровотока позволяет с помощью тепловизионных измерений контролировать колебания кожного кровотока как в эндотелиальном (0,005-0,02 Гц), так и в нейрогенном диапазонах (0,02-0,05 Гц); скорость распространения температурного сигнала в биоткани увеличивается с ростом частоты сигнала, т. е. присутствует дисперсия температурной волны. Приведенные результаты формируют основу температурных методов бесконтактного контроля колебаний кожного кровотока.

колебания температуры, колебания кровотока, термография, фотоплетизмография, корреляция, дисперсия, temperature oscillations, blood flow oscillations, thermography, photoplethysmography, correlation, dispersion

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

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

3. Усанов Д. А. и др. Взаимосвязь колебаний температуры и кровотока пальцев рук // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2012. Т. 11. № 2 (42). С. 37-42.

4. Усанов Д. А. и др. Оценка функционального состояния кровеносных сосудов по анализу температурной реакции на окклюзионную пробу // Саратов. науч.-мед. журн. 2009. № 4. С. 554-558.

5. Флейшман, А. Н. Вариабельность ритма сердца и медленные колебания гемодинамики: нелинейные феномены в клинической практике. Новосибирск: СО РАН, 2009. 194 с.

6. Bandrivskyy A. 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.

7. Bornmyr S. et al. Skin temperature changes in skin blood flow monitored with Doppler flowmetry and imaging: methodological study in normal humans // Clinic. Physiology. 1997. Vol. 1. № 1. P. 71-81.

8. Burton A. C. A study of the adjustment of peripheral vascular tone to the requirement of the regulation of body temperature / A. C. Burton, R. M. Taylor // Am. J. Physiol. 1940. Vol. 129. P. 566-577.

9. Ley O., Deshpande C. V. Comparison of two mathematical models for the study of vascular reactivity // Computers in Biology and Medicine. 2009. Vol. 39. № 7. P. 579-589.

10. Love, T. J. Thermography as an indicator of blood perfusion. // Annals New York Academy of Science 1980. № 335. P. 429-437.

11. Shitzer A. et al. Lumped-parameter tissue temperature-blood perfusion model of a cold-stressed fingertip // Journal of Appl. Physiol. 1996. Vol. 80. P. 1829-1834.

12. 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.

13. Stikbakke E., Mercer B. J. An Infrared thermographic and Doppler flowmetric investigation of skin perfusion in the forearm and finger tipflowing a short period ofvascular stasis // Thermology international. 2008. Vol. 18. № 3. P. 107-111.

14. Stoner H. B. et al. Relationships between skin temperature and perfusion in the arm and leg // Clin. Physiology. 1991. Vol. 1. № 1. P. 27-40.

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

16. Tuchin V. V. Tissue optics: light scattering methods and instruments for medical diagnosis. 2nd ed. Bellingham, WA: SPIEPress, 2007. 882p.