Формування та інформативний зміст фотоплетизмографічного сигналу в умовах контрольованої зовнішньої компресії
DOI:
https://doi.org/10.18524/0367-1631.2022.60.266011Ключові слова:
біологічні тканини, розсіювання світла, зовнішня компресія, кровонаповнення тканин, фотомеханічні ефектиАнотація
Теоретично досліджується фізична природа та кількісні характеристики фотоплетизмографічного (ФПГ) сигналу в умовах зовнішньої компресії досліджуваної ділянки тканини. Виявлено залежності сталої та змінної складових ФПГ сигналу від прикладеного тиску, що мають максимуми при деяких значеннях компресії. Фізична модель процесу формування ФПГ сигналу враховує оптичні та механічні властивості біологічних тканин. Модель заснована на розгляді дифузного поширення світла у двокомпонентному розсіюючому середовищі (кров + навколишні тканини) за допомогою двострумової теорії Кубелки – Мунка; при цьому кількість крові в тканинах визначається умовами механічної рівноваги та законами деформації тканин.
Показано, що розвинена модель правильно описує якісні особливості ФПГ сигналу, а процедура найкращого узгодження теоретичних та експериментальних кривих дозволяє в реальному часі визначити кількісні характеристики периферійного кровообігу (середнє значення та амплітуда коливань тиску крові в прекапілярах, концентрація еритроцитів, середній ступінь оксигенації крові стінок судин і т.д.). Розроблені способи визначення параметрів кровообігу можуть бути покладені в основу недорогих та ефективних експресних методик дослідження та медичної діагностики, особливо корисних під час масових обстежень або в екологічному моніторингу.
Посилання
Allen J. Photoplethysmography and its application in clinical physiological measure-ment // Physiological Measurement. – 2007. – V. 28, No 3. – P. R1.
Alian A. A., Shelley K. H. Photoplethysmography // Best Practice & Research Clinical Anaesthesiology. – 2014. – V. 28, No 4. – P. 395-406.
Kamshilin A. A. et al. A new look at the essence of the imaging photoplethysmography // Scientific Reports. – 2015. – V. 5, No 1. – P. 1-9.
Применение методов и средств лазерной техники в биологии и медицине. Киев: Наукова думка, 1981. 156 с.
Marchesini R., Bertoni A., Andreola S., Melloni E., Sichirolo A. E. Extinction and ab-sorption coefficients and scattering phase function of human tissues in vitro // Applied Optics. – 1989. – V. 28, N 42. – P. 2318-2324.
Wai-Fung Cheong, Prahl S. A., Welch A. J. A review of the optical properties of the bi-ological tissues // IEEE J. Quant. Electron. – 1990. – V. 26, N 12. – P. 2166-2185.
Wilson B. C., Jacques S. L. Optical reflectance and transmittance of tissues: Principles and Applications // IEEE J. Quant. Electron. – 1990. – V.26, N 12. – P. 2186-2199.
Grimblatov V. Penetrated in biotissue light determination from in vivo measurements // Quantification and localization using diffuse photons in highly scattering media. – Proc. SPIE. – 1993. – V. 2082. – P. 112-119.
Волькенштейн М. В. Биофизика. – М.: Наука, 1988. – 590 с.
Petty T. L. Pulse oximetry. – Louisville, 1987. – 323 p.
Аскарьян Г. А. Увеличение пропускания лазерного и другого излучения через мягкие мутные физические и биологические среды // Квант. Электрон. – 1982. – Т. 9, № 7. – С. 1379-1383.
Исимару A. Распространение и рассеяние волн в случайно-неоднородных средах, т. 1. – М.: Мир, 1981. –280 с.
Schmitt H. J., Blazek V., Gaelings E., Haberland U. Light distribution from ultrashort laser pulses in tissue, a simulation study // Proc. SPIE. – 1994. – V. 2082. – P. 114-122.
Grimblatov V.M., Bekshaev A.Ya. Optical beam distortion in biotissues with large-scale inhomogeneities // Laser Interaction with Hard and Soft Tissue II. – Proc. SPIE. – 1995. – V. 2323. – P. 331-337.
Grimblatov V.M., Bekshaev A.Ya. Diagnostics of lens-like biological media // Photon Propagating in Tissues, Britton Chance, David T. Delpy, Gerhard J. Muller, Eds. – Proc. SPIE. – 1995. – V. 2626. – P. 188-195.
Grimblatov V.M., Bekshaev A.Ya. Optomechanical effect of tissue blood microcircula-tion // Biomedical sensing and imaging technologies. – Proc. SPIE. – 1998. – V. 3253. – P. 119-127.
Приезжев А. А., Тучин В. В., Шубочкин Л. П. Лазерная диагностика в биологии и медицине. – М.: Наука, 1989.
Gordon J. E. Structures or why things don’t fall down. – Harmondsworth: Penguin Books, 1978. – 356 p.
Jacques S. L., Alter C. A., Prahl S. A. Angular dependence of He - Ne laser light scatter-ing by human dermis // Laser Life Sci. – 1987. – V. 1. – P. 309-333.
Чернух А. М., Куприянов В. В. Микроциркуляция / БМЭ, т. 15. – М.: Сов. Энцик-лопедия, 1981. – С. 648-657.
Баевский Р.М., Киpиллов О.И., Кляцкин С.З. Математический анализ изменений сердечного ритма при стрессе. М.: «Наука», 1984. – 221 с.
##submission.downloads##
Опубліковано
Номер
Розділ
Ліцензія
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-ShareAlike 4.0 International License.
Автори, які публікуються у цьому журналі, погоджуються з наступними умовами:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Attribution-NonCommercial 4.0 International (CC BY-NC 4.0).
- Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована цим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у цьому журналі.
- Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) роботи, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на оперативності та динаміці цитування опублікованої роботи (див. The Effect of Open Access).
