Новый метод диагностики микрогемоциркуляции – вейвлет-анализ колебаний кожной температуры


Оценка состояния тонуса микрососудов в приборе Микротест основана на результатах спектрального анализа колебаний температуры на поверхности кожи. Эти низкоамплитудные (~ 0.01 град С) колебания возникают вследствие периодического изменения тонуса поверхностных сосудов и скоррелированы с ними по амплитуде. В спектре колебаний кожного кровотока выделяют пять поддиапазонов, соответствующих различным факторам регуляции сосудистого тонуса: пульсовая волна (0,5–2 Гц), волна дыхания (0,14-0,5 Гц), миогенные колебания (0,05-0,14 Гц), нейрогенная активность (0,02–0,05 Гц) и функционирование эндотелия (0,0095–0,02Гц). Амплитуды высокочастотных колебаний температуры (дыхательная и пульсовая волны) на поверхности кожи сравнимы с тепловыми шумами, и их зафиксировать невозможно, но остается возможность изучения механизмов регуляции тонуса сосудистой системы, обусловленных миогенной, нейрогенной и эндотелиальной активностью.

При изучении реакций сосудистой системы на внешние воздействия во время функциональных проб требуется следить за изменением спектрального состава регистрируемого сигнала, причем за изменениями, происходящими на временах, сопоставимыми с периодом колебаний. Такие задачи выходят за рамки традиционного спектрального анализа, но хорошо решаются методами вейвлет-анализа, применявшимися, в том числе, для анализа данных лазерной допплеровской флоуметрии (ЛДФ). Основным преимуществом вейвлет-анализа перед другими спектральными методами является возможность получения сведений о частотной и временной характеристике сигнала одновременно. Характерной особенностью обрабатываемых сигналов является их малая продолжительность – представляющие интерес частоты таковы, что за время наблюдений происходит лишь небольшое число колебаний. Это обстоятельство требует аккуратности при анализе спектральных характеристик при учете влияния границ и требует применения специальных алгоритмов (адаптивных вейвлетов). В программном обеспечении прибора Микротест используется техника вейвлет-фильтрации на основе адаптивного вейвлет-анализа, поскольку требуется обрабатывать достаточно короткие временные ряды либо их фрагменты.

Сравнительные исследования результатов, получаемых с помощью прибора Микротест с данными лазерной допплеровской флоуметрии (Moor Instr) показали высокую корреляцию (0.7) - ЛДФ и температурных сигналов в частотном диапазоне 0.1 – 0.01 Гц (миогенный, нейрогенный и эндотелиальный механизмы регуляции).


ЛДФ-грамма и колебания кожной температуры в частотном диапазоне 0.1...0.01Гц

(P. Frick et al. Biomed Signal Proces 08/2015; 21)