Измерение пульса на основе плетизмографии

Метод плетизмографии основан на регистрации изменения объемов кровенаполнения органа. Результатом такой регистрации является пульсовая волна. Определение пульса на основе плетизмографии может быть реализовано двумя основными способами: импедансным и оптическим. «Импедансная плетизмография - это метод исследования и регистрации пульсовых колебаний кровенаполнения сосудов различных органов и тканей, основанный на регистрации изменений полного (омического и емкостного) электрического сопротивления переменному току высокой частоты. В настоящее время методология способа основана на двух или четырехточечной схеме измерения объемного удельного сопротивления». Само исследование происходит следующим образом: через исследуемый орган с помощью двух электродов пропускается сигнал с частотой от 20 до 150 кГц (в зависимости от исследуемых тканей), главное условие, которое предъявляется к генератору сигнала это постоянство тока, обычно его значение выбирают не более 10-15 мкА. При прохождении сигнала через ткань пациента его амплитуда модулируется изменением кровенаполнения. Вторая система электродов снимает модулированный сигнал. Далее сигнал усиливается и из него изымается несущая частота, устраняется постоянная составляющая и остается дельта. Как говорилось ранее, определение пульса может быть реализовано двумя основными способами: импедансным и оптическим. [15,16]

Оптическая плетизмография или фотоплетизмография является самым распространённым способом измерения пульса. Сужение и расширение сосуда под действием артериальной пульсации кровотока вызывают соответствующее изменение амплитуды сигнала, получаемого с выхода фотоприемника.

Рис. 1. Принцип работы плетизмографии

Наиболее современными устройствами для измерения пульса, основанным на фотоплетизмографии являются ушные клипсы и наушники со встроенными датчиками. Уникальность такого оборудования заключается в том, что при выполнении физических нагрузок руки спортсмена остаются свободными, а пульс регистрируется с помощью технологии in-ear-sensor - на основе внутриушного давления, однако функциональность аналогична HRM ремешкам. Данные устройства разработаны для продвинутых спортсменов-профессионалов.

Рис.2. Наушники Jabra Sport Pulse^TMWireless и Glow Headphones

Еще одним нестандартным способом регистрации пульса человека является измерение пульса по видеоизображению лица. Развитие этого способа связано с переосмыслением функционала оптического датчика и технологическими возможностями современных носимых устройств. Видеоизображения обрабатываются в реальном времени.

Рис.3. Регистрация пульса человека по видеоизображению лица.

Из рисунка видно, что пульс субъекта №3 около 100 уд/мин. Предположим, субъект под номером 3 в данный момент находится на важном мероприятии (например, сдача экзамена). Из графика видно, что субъект №2 менее волнителен (возможно, субъект №2 - преподаватель); субъект №1 вовсе не волнуется.

Принцип определения пульса, по видеоизображению следующий: на кадрах выделяются фрагменты лица, изображение разворачивается по временной шкале (RGB trace) и раскладывается на три цветовых канала. Выделение пульсовой волны основано на разложении изображения методом анализа независимых компонент (ICA) и выделения частотной составляющей, связанной с модуляцией яркости пикселей под действием пульсации крови.