Fotopletizmogrāfisko biosignālu apstrāde

Abstract

Maģistra darbā sniegts pārskats par optiskās pletizmogrāfijas (PPG) metodi cilvēka zemādas asinsrites un fizioloģisko procesu kontrolei. Darbā aplūkota ādas anatomija un optiskā starojuma izplatīšanās dažādos ādas slāņos. Tika aplūkota starojuma difūzijas teorija, kā arī fotopletizmogrāfijas metode asinsspiediena pulsāciju reģistrēšanai zemādas asinsvados. Darba ietvaros tika veikti PPG signāla mērījumi, izmantojot divkanālu fotopletizmogrāfijas ierīci asinsspiediena pulsāciju vienlaicīgai reģistrēsanai ausī un rokas pirkstā. Mērījumi tika veikti trijām subjektu grupām: 1) gados jauniem veseliem subjektiem; 2) gados veciem veseliem subjektiem; 3) gados veciem aterosklerozes pacientiem. Mērījumi tika veikti trijos ķermeņa stāvokļos: 1 minūt sēdus; 1 minūti stāvus un 1 minūti sēdus stāvokļos. Mērījumu laikā tika konstatētas PPG signāla formas izmaiņas. Katrā sirdsdarbības periodā tika izdalīts viena perioda PPG signāls, un no tā tika aprēķināti diagnostiskie parametri: 1) pulsa periods (T), augmentācijas indekss (AI), 2) refleksijas indekss (RI), 3) pulsa viļņa aizkaves laiks (PWTT). Tika konstatēta lineāra korelācija starp auss PPG signāla AI un pirksta AI, pirksta AI un RI, pirksta RI un pulsa periodu, kā arī pirksta PWTT un pulsa periodu. Diagnostiskie parametri un to korelācijas tika salīdzinātas veselo pacientu un slimo pacientu grupās, kā rezultātā tika konstatētas manāmas atšķirības. Tas norādīja uz to, ka izmantojot PPG metodi, principā iespējams konstatēt diagnostisko parametru atškirības veseliem pacientiem un aterosklerozes slimniekiem.

An overview on optical plethysmography (PPG) method for control of human subcutaneous blood flow and physiological processes have been presented in this Master thesis. Here is presented skin anatomy and optical radiation propagation into multiple skin layers. Light diffusion theory and PPG method for registration of subcutaneous blood volume pulse has been presented in this work. Blood volume pulsations were registered by simultaneously measured finger and ear PPG using a two-channel PPG device. Three subject groups were presented: 1) young healthy subjects; 2) old healthy subjects; 3) old subjects with aterosklerosis. Measurements were performed in three body positions: one minute sitting, one minute standing and one minute sitting. While measurement PPG waveform changes has been observed. Single period PPG was evaluated at each heartbeat and diagnostic parameters were evaluated: 1) pulse period (T), augmentation index (AI), 2) reflection index (RI), 3) pulse wave transit time (PWTT). Linear correlation between ear and finger AI, linear correlation between finger AI and finger RI were found. Linear correlation between RI and pulse period, linear correlation between PWTT and pulse period were found. Different correlations of diagnostic parameters were found when compared healthy and unhealthy subject groups. This shows ability of this method for diagnosis aterosklerosis by means of PPG.