Спектральный анализ одиночного импульса сфигмограммы, полученной с помощью пары светодиод-фотодиод 1,2



Скачать 95.95 Kb.
страница1/2
Дата26.10.2018
Размер95.95 Kb.
Название файлаТекст_2018_1.doc
Учебное заведениеХарьковский национальный университет
  1   2

СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ОДИНОЧНОГО ИМПУЛЬСА СФИГМОГРАММЫ,

ПОЛУЧЕННОЙ С ПОМОЩЬЮ ПАРЫ СВЕТОДИОД-ФОТОДИОД
1,2Кокодий Н.Г., 2Тиманюк В.А.
1Харьковский национальный университет имени В.Н.Каразина, Харьков, Украина

2Национальный фармацевтический университет, Харьков, Украина

E-mail: kokodiyng@gmail.com


ВВЕДЕНИЕ
Сфигмография – это регистрация колебаний стенок кровеносных сосудов, которые происходят вследствие сокращений сердца. Для получения графической кривой (сфигмограммы) используются приставки к электрокардиографам и другим регистрирующим приборам. В настоящее время получила распространение фотоэлектрическая сфигмография регистрация пульсовой волны в сосудах с помощью оптико-электрической пары светодиод-фотодиод, установленной на участке тела с отчетливо выраженной пульсацией артерий [1-3]. Сигнал формируется, благодаря изменению объема крови в месте индикации, которое сопровождается изменением оптической плотности измеряемого участка. Оптический датчик обычно работает в красной и ближней инфракрасной области спектра – полосе прозрачности биологической ткани. Коротковолновое излучение (синее, зеленое) сильно поглощается в тканях и не проходит через исследуемый объект, длинноволновое излучение (инфракрасное) проходит через объект почти без поглощения. Удобное место для расположения датчика палец руки.

В сфигмограмме аорты и крупных артерий различают две основные части — подъем и спад сигнала (рис. 1). Подъем кривой — анакрота — возникает вследствие повышения артериального давления и вызванного этим растяжения, стенок артерий под влиянием крови, выброшенной из сердца в начале фазы изгнания. В конце систолы желудочка, когда давление в нем начинает падать, происходит спад пульсовой кривой — катакрота. В тот момент, когда желудочек начинает расслабляться, и давление в его полости становится ниже, чем в аорте, кровь, выброшенная в артериальную систему, устремляется назад к желудочку, давление в артериях падает, и на пульсовой кривой появляется глубокая выемка — инцизура.



Рис. 1. Импульс сфигмограммы


Движение крови обратно к сердцу встречает препятствие, так как полулунные клапаны под влиянием обратного тока крови закрываются и препятствуют поступлению ее в сердце. Волна крови отражается от клапанов и создает вторичную волну повышения давления, вызывающую вновь растяжение артериальных стенок. В результате на сфигмограмме появляется вторичный, или дикротический, подъем. Этих подъемов (максимумов) может быть больше – у молодых людей.

Статистический анализ сфигмограммы основан на измерении координат характерных точек на графике – максимумов и минимумов кривой, крутизну ее подъема и спада и др. (рис. 2). По этим данным вычисляются параметры сфигмограммы - «индексы», которые характеризуют упругость стенок артерий, скорость потока крови и другие медицинские факторы.




Рис. 2. Характерные точки импульса сфигмограммы
В данной работе описан другой метод анализа одиночного импульса сфигмограммы спектральный. Этот метод успешно применяется для анализа кардиоинтервалограмм, то есть зависимости частоты (периода) сердечных сокращений от времени. Анализ распределения частот сигналов в различных участках спектра (сотые доли герца, десятые доли герца, единицы герц) дает важную информацию о состоянии здоровья исследуемого объекта.

Дополнительную информацию можно получить с помощью спектрального анализа одиночного импульса сфигмограммы. Идея метода состоит в том, что существование одного или нескольких максимумов на графике сфигмограммы вызывает наличие в спектре импульса частот, более высоких, чем основная частота, определяемая числом ударов сердца в минуту.


СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИМПУЛЬСА СФИГМОГРАММЫ - ТЕОРИЯ
Периодическую функцию можно представить в виде синусоидальных функций с частотами ω, 2ω, 3ω, … (основная и высшая гармоники).

Если функция f(t) задана на интервале 0 < t < T , то ее можно представить в виде следующего ряда:



, (1)

где ω = 2π/T.

Коэффициенты а0, аn, bn вычисляются по формулам, предложенным французским математиком Фурье (поэтому формула (1) носит название ряда Фурье):

(2)

Полагая ряд (1) можно переписать так:



. (3)

Составляющие ряда (1) называются гармониками функции f(х), где Аn – амплитуда, nω – частота, φn – фаза n-й гармоники.

Процесс разложения функции на гармоники, то есть в ряд Фурье, называется гармоническим или спектральным анализом, а зависимости An(n) и φn(n) – амплитудным и фазовым спектрами функции соответственно.
СПЕКТРАЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ИМПУЛЬСА СФИГМОГРАММЫ - ТЕСТИРОВАНИЕ
Для тестирования метода были выбраны 4 типичные сфигмограммы (рис. 3). Их классификация проведена по величине временного интервала между прямой и отраженной волной.

Рис. 3. Типы сфигмограмм
Тип 1 (у молодых людей), характеризуется быстрым подъемом, довольно острой вершиной и наличием одного или нескольких максимумов на нисходящей части кривой. Временной интервал между прямой и отраженной волной равен 0,3-0,4 с, амплитуда отраженной волны составляет менее 50% от амплитуды прямой волны.

В старших возрастных группах людей кривая сфигмограммы характеризуется более медленным подъемом и закругленной вершиной (тип 2) или аркообразной формой вершины (тип 3). На нисходящей части сфигмограммы наблюдается сглаженность или отсутствие дикротической волны. Ее максимум располагается в верхней или средней части кривой, тогда как у молодых людей — обычно в нижней трети. На сфигмограмме типа 4 отраженная волна практически сливается с прямой волной из-за большой жесткости стенок аорты.

Эти факторы являются предпосылкой для использования сфигмограмм при определении биологического возраста человека, а также распознавания патологий на основе анализа отличий сфигмограммы обследуемого объекта от нормальной сфигмограммы.

На рис. 4 показаны спектры этих сфигмограмм, вычисленные по формулам (1)-(3). По осям абсцисс отложены номера гармоник, по оси ординат – амплитуды гармоник в относительных единицах. Частота первой (основной) гармоники – 1,1 Гц, что соответствует 67 сокращений сердца в минуту. Видно, что в сигнале сфигмограммы 1-го типа присутствует больше высших гармоник, чем остальных сигналах. Хорошо видны шесть гармоник, в то время как в остальных спектрах их три. Это связано с наличием или отсутствием четко выраженного второго максимума на кривой и соответствующих ему высокочастотных колебаний в сигнале.



Рис. 4. Спектры сфигмограмм
Графики спектров – это громоздкая и недостаточно информативная характеристика сфигмограммы. Необходимы числовые характеристики – аналоги индексов, вычисляемых при традиционной обработке сфигмограмм. В литературе предлагается использовать следующие коэффициенты формы, характеризующие соотношение высших гармоник сигнала сфигмограммы и основной частоты:

. (4)

Авторы, предложившие использовать эти параметры, изучили, как они зависят от возраста исследуемого объекта (рис. 5).



Рис. 5. Зависимость коэффициентов формы Fa, и Fb от возраста объекта
Изменения, связанные со старением, проявляются в катакротической фазе (после максимального пика). Было показано, что коэффициент Fa сильнее зависит от возраста объекта, чем коэффициент Fb, информативность которого проявляется в меньшей степени.

Авторами предложено несколько других коэффициентов, характеризующих соотношение высших гармоник и основной частоты:

1) . (5)

Эти коэффициенты аналогичны коэффициентам формы Fa и Fb, но оценивают соотношение основной гармоники А1 и высших гармоник An.

2) . (6)

Эти коэффициенты аналогичны коэффициенту нелинейных искажений и коэффициенту гармоник, используемых в радиотехнике для оценки искажений сигнала при прохождении его по тракту.

Для оценки коэффициентов они были использованы для характеристики приведенных выше четырех типов сфигмограмм. Результаты показаны в таблице 1.

Таблица 1

Параметры четырех типов сфигмограмм


Тип

сфигмограммы



Fa

Fb

F1A



Поделитесь с Вашими друзьями:
  1   2


База данных защищена авторским правом ©nashuch.ru 2017
обратиться к администрации

    Главная страница
Контрольная работа
Курсовая работа
Лабораторная работа
Пояснительная записка
Методические указания
Рабочая программа
Методические рекомендации
Теоретические основы
Учебное пособие
Практическая работа
Общие сведения
Общая характеристика
Федеральное государственное
Дипломная работа
Теоретические аспекты
Общая часть
Самостоятельная работа
Физическая культура
Методическое пособие
государственное бюджетное
квалификационная работа
Выпускная квалификационная
История развития
Направление подготовки
Техническое задание
Технологическая карта
Теоретическая часть
Краткая характеристика
Общие положения
прохождении производственной
Понятие предмет
Металлические конструкции
Методическая разработка
Техническое обслуживание
Электрические машины
Описание технологического
Общие требования
Практическое занятие
Технические характеристики
Правовое регулирование
Технология производства
Сравнительная характеристика
Математическое моделирование
Исследовательская работа
бюджетное учреждение
История возникновения
теоретические основы
Методические основы
Организация производства
Экономическая теория
Примерная программа