Формування кардіоінтервалограм за фотоплетизмографічними реалізаціями периферичних пульсових сигналів
DOI:
https://doi.org/10.20535/RADAP.2023.91.53-62Ключові слова:
варіативність серцевого ритму, кардіоінервалограма, пульсові сигнали, фотоплетизмографіяАнотація
Розглянуто особливості і можливості реалізації кардіосистем варіабельності серцевого ритму (ВСР), заснованих на реєстрації периферичних фотоплетизмографічних пульсових сигналів, які простіше і зручніше реєструвати, ніж сигнали електрокардіограми. Зазначено про можливості оцінки функціонального стану з використанням як тривалих, так і коротких реалізацій пульсових сигналів без втрати точності визначення діагностичної значимості статистичних та спектральних параметрів ВСР. Показано про доцільність оцінки варіабельності серцевого ритму не лише за параметрами одного пульсового сигналу, зареєстрованого в певній точці тіла, а й за параметрами кількох таких сигналів, зареєстрованих в різних точках тіла людини, наприклад на кінцівках, з оцінкою відмінностей варіабельності серцевого ритму відносно сагітальної площини. Виконано дослідження з визначення тривалості кардіоінтервалів для пар пульсових сигналів, одночасно знятих із двох точок тіла людини – на верхніх кінцівках відносно сагітальної площини. Оцінено точності отримання кардіоінтервалограм на основі формування тривалостей кардіоціклів за трьома характерними контурними точками пульсових імпульсів – за максимумом і мінімумом переднього фронту та максимумом його крутизни. Запропоновано спосіб формування різницевих часових рядів, що являють собою запізнення між різними характерними точками кожного сигналу окремо і між однойменними характерними точками двох сигналів. Показано реальну можливість використання різницевих рядів для оцінки ВСР через те, що такі ряди можуть виявитися більш чутливими до незначних змін стану серцево-судинної системи. Наведено результати експерименту з обробки пар ультракоротких пульсових фотоплетизмографічних сигналів тривалістю 60±10 с., що виміряні одночасно з пальців лівої та правої руки випробуваної особи. Експремент можна розглядати як початкову реакцію процесу релаксації тонусу після дії тестового впливу.
Посилання
References
Malik M., Bigger J. T., Camm A. J., Kleiger R. E., Malliani A., Moss A. J., Schwartz P. J. (1996). Heart rate variability: Standarts of measurement, physiological interpretation, and clinical use. European Heart Journal, Vol. 17, Iss. 3, pp. 354-381. doi:10.1093/oxfordjournals.eurheartj.a014868.
Sun, F.-T., Kuo, C., Cheng, H.-T., Buthpitiya, S., Collins, P., Griss, M. (2012). Activity-Aware Mental Stress Detection Using Physiological Sensors. In: Gris, M., Yang, G. (eds) Mobile Computing, Applications, and Services. MobiCASE 2010. Lecture Notes of the Institute for Computer Sciences, Social Informatics and Telecommunications Engineering, Springer, Berlin, Heidelberg, Vol 76, pp. 211-230. doi:10.1007/978-3-642-29336-8_12.
Jabluchanski N. I., Martynenko A. V. (2010). Variabel'nost serdechnoho ritma [Heart rate variability]. KhNUIR, Kharkov, 132 p.
Nevoit, G. V. (2021). Variation pulsometry as a method for displaying systemic information energy processes and assessing the functional state of the human body during an objective structured clinical examination. Achievements of Clinical and Experimental Medicine, Vol. 4, pp. 135–139. doi:10.11603/1811-2471.2020.v.i4.11582.
Walker О. (2017). Heart Rate Variability (HRV).
Kak umnyie chasyi, sportivnyie trekeryi i prochie gadzhetyi izmeryayut puls? Chast 1 [How do smartwatches, sports trackers and other gadgets measure heart rate? Part 1] (2015). Darta Systems.
Flatt А. А., Esco М. R. (2013). Validity of the ithleteTM Smart Phone Application for Determining Ultra-Short-Term Heart Rate Variability. Journal of Human Kinetics, Vol. 39, Iss. 1, pp. 85-92. DOI:10.2478/hukin-2013-0071T.
Heathers J. A. J. (2013). Smartphone-enabled pulse rate variability: An alternative methodology for the collection of heart rate variability in psychophysiological research. International Journal of Psychophysiology, Vol. 89, Iss. 3, pp. 297-304. doi:10.1016/j.ijpsycho.2013.05.017.
Esco M. R., Flatt A. A. (2014). Ultra-Short-Term Heart Rate Variability Indexes at Rest and Post-Exercise in Athletes: Evaluating the Agreement with Accepted Recommendations. Journal of Sports Science and Medicine, Vol. 13, Iss. 3, pp. 535-541. PMCID: PMC4126289.
Giles D., Draper N., Neil W. (2016). Validity of the Polar V800 heart rate monitor to measure RR intervals at rest. European Journal of Applied Physiology, Vol. 116, Iss. 3, pp. 563-571. DOI: 10.1007/s00421-015-3303-9.
Flatt A. (2016). Interpreting HRV Trends in Athletes: High Isn’t Always Good and Low Isn’t Always Bad. Simplifaster.com.
Sorbo A., Brisinda D., Fenisi R. (2011). Ultra short term heart-rate variability analysis at maximum stress. Differences between physical and emotional stress. European Heart Journal.
Dong G.-J. (2016). The role of heart rate variability in sports physiology. Experimental and Therapeutic Medicine, Vol. 11, Iss. 5, pp. 1531–1536. doi:10.3892/etm.2016.3104.
Altini M. (2014). Heart rate variability using the phone's camera. www.marcoaltini.com.
Salahuddin L., Cho J., Jeong M. G., Kim D. (2007). Ultra Short Term Analysis of Heart Rate Variability for Monitoring Mental Stress in Mobile Settings. 29th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society, pp. 4656-4659. doi:10.1109/IEMBS.2007.4353378.
Tashchuk V. K., Tashchuk M. V., Ivanchuk P. R. (2019). Digitalization of Electrocardiography and Photoplethysmography: Clinical Implementation of a Quantity Analysis of the Heart Rhytm. Clinical and experimental pathology, Vol. 18, Iss. 2 (68), pp. 80-85. DOI: 10.24061/1727-4338.XVIII.2.68.2019.14.
Box G. E. P., Jenkins G. M. (1974). Analiz vremennykh riadov. Prohnoz i upravlenie [Time Series Analysis: Forecasting and Control]. Vyp. 1. Translation from English, 408 p.
Strihina M. I., Chaivanov D. B., Chudina Yu. A. (2013). Issledovanie pohreshnostei dannykh fotopletizmohrammy dlia analiza variabelnosti serdechnoho ritma [Investigation of errors in photoplethysmogram data for the analysis of heart rate variability]. Biomedicina, Vol. 4, pp. 139-148.
Lee S., Hwang H.-B., Park S., et al. (2022). Mental Stress Assessment Using Ultra Short Term HRV Analysis Based on Non-Linear Method. Biosensors (Basel), Vol. 12, Iss.7, pp. 465-481. DOI: 10.3390/bios12070465.
Sharpan O. B., Husieva O. V., Mahliovana N. I., Rybin O. I. (2007). The program-measuring photo-plethismo-graphic system of pulse spectrometry. Visnyk VPI, Vol. 5, pp. 34–40.
Smith R. E., Price J. M., Howser L. M. (1974). A Smoothing Algorithm Using Cubic Spline Functions. National Aeronautics and Space Administration, 84 p.
Granam N. Y. (1983). Smoothing With Periodic Cubic Splines. The Bell System Technical Journal, Vol. 62, Iss. 1, pp. 101-110. DOI: 10.1002/j.1538-7305.1983.tb04381.x.
Khvostivska L. V. (2021). Matematichna model ta metody analizu pulsovoho sihnalu dlia pidvyschennia informatyvnosti fotopletizmohraphichnikh sistem [Mathematical model and method for analyzing the pulse signal to improve the information content of photoplethysmographic systems]: Dissertation for the scientific degree of candidate of technical sciences in specialty 01.05.02. Ternopil: TNTU, 177 p.
Sharpan O. B. (2010). Singularities of amplitude and phase measuring in problems of a spatially distributed object diagnostics. Visnyk NTUU KPI Seriia - Radiotekhnika Radioaparatobuduvannia, Vol. 43, pp. 98-119. doi: 10.20535/RADAP.2010.43.98-119.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2023 О.В. Гусєва, В. С. Мосійчук, О. Б. Шарпан
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
1. Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії Creative Commons Attribution License, котра дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у нашому журналі.
2. Автори мають право укладати самостійні додаткові угоди щодо неексклюзивного розповсюдження роботи у тому вигляді, в якому вона була опублікована нашим журналом (наприклад, розміщувати роботу в електронному сховищі установи або публікувати у складі монографії), за умови збереження посилання на першу публікацію роботи у нашому журналі.
3. Політика журналу дозволяє і заохочує розміщення рукопису роботи авторами в мережі Інтернет (наприклад, на arXiv.org або на особистих веб-сайтах). Причому рукописи статей можуть бути розміщенні у відкритих архівах як до подання рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання. Це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії, позитивно позначається на оперативності ознайомлення наукової спільноти з результатами Ваших досліджень і як наслідок на динаміці цитування вже опублікованої у журналі роботи. Детальніше про це: The Effect of Open Access.
