Медицинская Техника / Медицинская техника №3, 2021 / с. 4-6

Термометрическое устройство для мониторинга колебаний объемного кровенаполнения на основе фильтра высоких частот

А.А. Сагайдачный, И.Ю. Волков, А.В. Фомин, И.С. Залетов, А.В. Скрипаль

Аннотация

Разработано устройство для преобразования колебаний температуры кожи в колебания объемного кровенаполнения. Работа устройства основана на использовании фильтра высоких частот Саллена-Кея, воспроизводящего тепловые свойства кожи человека. Продемонстрировано восстановление колебаний объемного кровенаполнения из сигнала колебаний температуры кистей с использованием разработанного устройства. Отмечены перспективы медицинского применения разработанного устройства в эндотелиальном, нейрогенном и миогенном диапазонах частот.

Вернуться к содержанию

Сведения об авторах

Андрей Александрович Сагайдачный, канд. физ.-мат. наук, доцент,

Иван Юрьевич Волков, аспирант,

Андрей Владимирович Фомин, канд. физ.-мат. наук, ассистент,

Иван Сергеевич Залетов, аспирант,

Анатолий Владимирович Скрипаль, д-р физ.-мат. наук, профессор, зав. кафедрой, кафедра медицинской физики, Саратовский национальный исследовательский государственный университет им. Н.Г. Чернышевского, г. Саратов,

e-mail: andsag@yandex.ru

Список литературы

1. Рогаткин Д.А. Физические основы современных оптических методов исследования микрогемодинамики in vivo // Медицинская физика. 2017. № 4. С. 75-93.

2. Сагайдачный А.А. Окклюзионная проба: методы анализа, механизмы реакции, перспективы применения // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2018. № 17 (3). С. 5-22.

3. Allen J., Howell K. Microvascular imaging: Techniques and opportunities for clinical physiological measurements // Physiological Measurement. 2014. Vol. 35. № 7. P. R91.

4. Burton A.C., Taylor R.M. A study of the adjustment of peripheral vascular tone to the requirements of the regulation of body temperature // American Journal of Physiology. 1940. Vol. 129. PP. 566-577.

5. Shitzer A., Stroschein L.A., Vital P., Gonzalez R.R., Pandolf K.B. Numerical analysis of an extremity in a cold environment including countercurrent arterio-venous heat exchange // Journal of Biomechanical Engineering. 1997. Vol. 119. PP. 179-186.

6. Sagaidachnyi A.A., Usanov D.A., Skripal A.V., Fomin A.V. Correlation of skin temperature and blood flow oscillations / Optical Technologies in Biophysics and Medicine XIII. Saratov Fall Meeting. 2011. Proc. of SPIE. Vol. 8337. PP. 1-8.

7. Sagaidachnyi A.A., Skripal A.V., Fomin A.V., Usanov D.A. Determination of the amplitude and phase relationships between oscillations in skin temperature and photoplethysmography- measured blood flow in fingertips // Physiological Measurement. 2010. Vol. 35 (2). PP. 153-166.

8. Сагайдачный А.А., Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Фомин А.В. Метод тепловизионной визуализации колебаний кожного кровотока в конечностях: модификация спектральных составляющих // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2015. № 14 (1). С. 46-52.

9. Сагайдачный А.А., Усанов Д.А., Скрипаль А.В., Фомин А.В. Электротепловая аналогия свойств кожи и фильтра низких частот: взаимосвязь колебаний температуры и кожного кровотока в области конечностей // Математическая биология и биоинформатика. 2014. Т. 9. № 2. С. 309-318.

10. Сагайдачный А.А., Волков И.Ю., Фомин А.В., Скрипаль А.В. Закономерности распространения тепловой волны в модели биологической ткани и возможность термовизуализации вазомоторной активности периферических сосудов // Российский журнал биомеханики. 2019. Т. 23. № 2. С. 251-260.

11. Sagaidachnyi A., Fomin A., Usanov D., Skripal A. Real-time technique for conversion of skin temperature into skin blood flow: Human skin as a low-pass filter for thermal waves // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2019. Vol. 22 (12). PP. 1009-1019.

12. Березовский В.А., Колотилов Н.Н. Биофизические характеристики тканей человека / Справочник. – Киев: Наук. думка, 1990. 224 с.

13. Федоров А.Е., Самарцев В.А., Кириллова Т.А. О механических свойствах кожи человека // Российский журнал биомеханики. 2006. Т. 10. № 2. С. 29-42.

14. Лэм Г. Аналоговые и цифровые фильтры. – М.: Мир, 1982. 589 с.

15. Кисель В.А. Аналоговые и цифровые корректоры / Справочник. – М.: Радио и связь, 1986. 184 с.

16. Пейтон А.Дж. Аналоговая электроника на операционных усилителях. – М.: Бином, 1994. 352 с.

17. Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. В 3-х томах. Т. 1 / Пер. с англ. 4-е изд., перераб. и доп. – М.: Мир, 1993. 413 с.

18. Сагайдачный А.А., Фомин А.В., Волков И.Ю. Предельные возможности современных тепловизоров как инструмента для исследования колебаний периферического кровотока человека в различных диапазонах частот // Медицинская физика. 2016. № 4. С. 84-93.

19. Frick P., Mizeva I., Podtaev S. Skin temperature variations as a tracer of microvessel tone // Biomedical Signal Processing and Control. 2015. Vol. 21. PP. 1-7.

20. Cuadras A., Casas S. High resolution temperature measurement [Biomedical applications] / Proceedings of Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) Sensors. 2004. PP. 1363-1368.

21. Suvorov N., Belov A., Sergeev T., Kuliabin K., Anisimov A. Novel method for recording high frequency human skin temperature oscillations / Proceeding of the 24th Conference of FRUCT Aassociation. 2019. PP. 437-443.

22. Зубарева Н.А., Подтаев С.Ю., Паршаков А.А. Диагностика нарушений вазодилатации микрососудов кожи у больных с синдромом диабетической стопы при проведении локальной тепловой пробы // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2015. № 14 (3). С. 27-33.