СИСТЕМА БАГАТОХВИЛЬОВОЇ ФОТОПЛЕТИЗМОГРАФІЇ
DOI:
https://doi.org/10.20535/1970.69(1).2025.331971Ключові слова:
фотоплетизмографія, ФПГ, багатохвильова ФПГ, оптичний датчик, проникнення світла, обсяг кровіАнотація
Фотоплетизмографія (ФПГ) є перспективною технологією для оцінки стану серцево-судинної системи завдяки здатності аналізувати зміни об'єму крові в мікросудинному руслі. Окрім стандартних параметрів, таких як частота серцевих скорочень і насичення крові киснем, форма пульсової хвилі сигналу ФПГ містить додаткову цінну інформацію, яку можна використовувати для оцінки варіабельності серцевого ритму, жорсткості артерій і артеріального тиску. Однак успішне використання ФПГ у повсякденній діяльності потребує надійного отримання сигналів, вільних від насичення, артефактів руху та інших завад.
У цій роботі представлено сенсорну систему багатохвильової фотоплетизмографії (БХ-ФПГ), яка забезпечує безперервну реєстрацію сигналів у реальному часі. Розроблено два типи датчиків: трихвильовий пальцевий датчик ФПГ розсіяного назад світла та трихвильовий вушний датчик ФПГ прохідного світла. Система здатна записувати до восьми незалежних сигналів, а її функціонування контролюється мікроконтролером, який керує підсистемами живлення та обробки сигналів. Програмне забезпечення дозволяє задавати параметри роботи, зокрема режими підсилення сигналів та послідовність активації світлодіодів.
Для оцінки якості роботи системи проведено аналіз сигналів за допомогою коефіцієнта кореляції Пірсона (ККП). Середні значення ККП для пальцевого і вушного датчиків становлять від 0,973 до 0,995, що свідчить про високу точність і надійність розробленої системи. Найвищі значення ККП отримано для пари сигналів з довжинами хвиль 660 нм і 940 нм, тоді як нижчі показники зафіксовано для пари 568 нм і 660 нм через сильніше поглинання випромінювання тканинами на хвилі 568 нм. Результати підтверджують ефективність запропонованої системи БХ-ФПГ для вимірювання якісних фізіологічних сигналів.
Посилання
Y. Sun, and N. Thakor, “Photoplethysmography revisited: from contact to noncontact, from point to imaging”, IEEE transactions on biomedical engineering, vol. 63, no. 3, pp. 463-477, 2015. DOI: 10.1109/TBME.2015.2476337
T. Tamura, “Current progress of photoplethysmography and SPO2 for health monitoring”, Biomedical engineering letters, vol.9, no. 1, pp. 21-36, 2019. DOI: 10.1007/s13534-019-00097-w
Á. Solé Morillo, J. Lambert Cause, V. E. Baciu, B. da Silva, J. C. Garcia-Naranjo, and J. Stiens, “PPG edukit: An adjustable photoplethysmography evaluation system for educational activities”, Sensors, vol.22, no. 4, pp. 1389, 2022. DOI: 10.3390/s22041389
S. S. Yesman, D. V. Veligotsky, S. O. Mamilov, A. I. Gisbrecht, V. S. Mircheva, and L. B. Zaharieva, “Optical diagnostics of the condition of the cardio vascular system on the basis of optoelectronic methods”, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering, vol. 618, no. 1, pp. 2-7, 2019. DOI: 10.1088/1757-899X/618/1/012015
S. Mamilov, S. Esman, D. Velyhotsky, and A. Gisbrecht, “Non-invasive study of changes in venous oxygen saturation”, General Medicine, vol. 24, no. 2, pp. 26-28, 2022. Режим доступу: https://cml.mu-sofia.bg/CML/Obsta_Medicina/page442.html.
H. Kinnunen, A. Rantanen, T. Kenttä, and H. Koskimäki, “Feasible assessment of recovery and cardiovascular health: accuracy of nocturnal HR and HRV assessed via ring PPG in comparison to medical grade ECG”, Physiological measurement, vol. 41, no. 4, pp. 04NT01, 2020. DOI: 10.1088/1361-6579/ab840a
J. Liu, S. Qiu, N. Luo, S. K. Lau, H. Yu, T. Kwok, ... and N. Zhao, “PCA-based multi-wavelength photoplethysmography algorithm for cuffless blood pressure measurement on elderly subjects”, IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics, vol. 25, no. 3, pp. 663-673, 2020. DOI: 10.1109/JBHI.2020.3004032
P. H. Charlton, J. Allen, R. Bailón, S. Baker, J. A. Behar, F. Chen, ... and T. Zhu, “The 2023 wearable photoplethysmography roadmap”, Physiological measurement, vol. 44, no. 11, pp. 111001, 2023. DOI: 10.1088/1361-6579/acead2
D. Ray, T. Collins, S. I. Woolley, and P. V. Ponnapalli, “A review of wearable multi-wavelength photoplethysmography”, IEEE Reviews in Biomedical Engineering, vol. 16, pp. 136-151, 2021. DOI: 10.1109/RBME.2021.3121476
J. Fine, K. L. Branan, A. J. Rodriguez, T. Boonya-Ananta, Ajmal, J. C. Ramella-Roman, ... and G. L. Cote, “Sources of inaccuracy in photoplethysmography for continuous cardiovascular monitoring”, Biosensors, vol. 11, no. 4, pp. 126, 2021. DOI: 10.3390/bios11040126
D. O. Derecha, D. V. Velygotsky, Y. P. Lazorenko, V. P. Mitsai, S. O. Mamilov. Molecular dynamics of volatile biomarker compounds during their elimination by gas transport flows in biological structures, Kyiv: "Chemdzhest", 2023, 188. (In Ukrainian)
S. O. Mamilov, S. S. Yesman, D. V. Velyhotskyi, “Investigation of the photodissociation quantum efficiency of hemoglobin derivatives”, in 2019 IEEE 39th International Conference on Electronics and Nanotechnology (ELNANO), April, 2019, pp. 466-470. DOI: 10.1109/elnano.2019.8783360
H. Liu, F. Peng, M. Hu, J. Shi, G. Wang, H. Ai, and W. Wang, “Development and validation of a photoplethysmography system for noninvasive monitoring of hemoglobin concentration”, Journal of Electrical and Computer Engineering, vol. 2020, no. 1, p. 3034260, 2020. DOI: 10.1155/2020/3034260
U. Timm, H. Gewiss, J. Kraitl, B. Brock, H. Ewald, “Sensor system for non-invasive optical carboxy-and methemoglobin determination,” in Optical Diagnostics and Sensing XVII: Toward Point-of-Care Diagnostics, February, 2017, pp. 164-170. DOI: 10.1117/12.2252549
M. Iliukha, S. Mamilov, D. Velyhotskyi, I. Bekh, O. Strykun, “Software and Hardware Implementation of Current Monitoring Methods on Changes in the Health Status of Carbon Monoxide Poisoned,” in 2021 International Conference on e-Health and Bioengineering (EHB), November, 2021, pp. 1-4. DOI: 10.1109/EHB52898.2021.9657688
V. P. Rachim, and W. Y. Chung, “Wearable-band type visible-near infrared optical biosensor for non-invasive blood glucose monitoring,” Sensors and Actuators B: Chemical, vol. 286, pp. 173-180, 2019. DOI: 10.1016/j.snb.2019.01.121
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Велигоцький Д.В., Дуга С.О., Мамілов С.О.
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Авторське право на публікацію залишається за авторами.
Автори можуть використовувати власні матеріали в інших публікаціях за умови посилання на збірник наукових праць "Вісник Київського політехнічного інституту. Серія ПРИЛАДОБУДУВАННЯ" як на перше місце видання та на Національний технічний університет України «Київський політехнічний інститут імені Ігоря Сікорського» як на видавця.
Автори публікують свої статті в збірнику на умовах ліцензії Creative Commons:
- Автори залишають за собою право на авторство своєї роботи та передають журналу право першої публікації цієї роботи на умовах ліцензії CC BY 4.0, яка дозволяє іншим особам вільно розповсюджувати опубліковану роботу з обов'язковим посиланням на авторів оригінальної роботи та першу публікацію роботи у цьому журналі.
- 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 розміщення авторами в мережі Інтернет (наприклад, у сховищах установ або на особистих веб-сайтах) рукопису роботи, як до подання цього рукопису до редакції, так і під час його редакційного опрацювання, оскільки це сприяє виникненню продуктивної наукової дискусії та позитивно позначається на динаміці цитування опублікованої роботи.
Видавець (КПІ ім. Ігоря Сікорського) має право за будь-якого використання цього видання зазначати своє ім'я або вимагати такого зазначення.
Редакційна колегія залишає за собою право розміщувати опубліковані в збірнику статті в різних інформаційних базах для надання відкритого доступу до матеріалів з метою популяризації наукових досліджень та підвищення цитованості авторів.
