Assessment of spatiotemporal heterogeneity of two-dimensional images on the example of photoplethysmograpic imaging of hemodynamics
- Authors: Sagaidachnyi A.A.1, Volkov I.Y.1, Tsoy M.O.1, Fomin A.V.1, Mayskov D.I.1, Antonov A.V.1, Zaletov I.S.1, Skripal A.V.1
-
Affiliations:
- Saratov State University
- Issue: Vol 23, No 2 (2023)
- Pages: 128-140
- Section: Articles
- URL: https://journals.rcsi.science/1817-3020/article/view/251104
- DOI: https://doi.org/10.18500/1817-3020-2023-23-2-128-140
- EDN: https://elibrary.ru/WTBLCR
- ID: 251104
Cite item
Full Text
Abstract
About the authors
Andrey Aleksandrovich Sagaidachnyi
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
Ivan Yu. Volkov
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
Maria Olegovna Tsoy
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
Andrey Vladimirovich Fomin
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
Dmitriy Igorevich Mayskov
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
Andrey Valer'evich Antonov
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
Ivan Sergeevich Zaletov
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
Anatoly Vladimirovich Skripal
Saratov State University410012, Russia, Saratov, Astrakhanskaya street, 83
References
- Allen J., Howell K. Microvascular imaging: Techniques and opportunities for clinical physiological measurements // Physiological Measurement. 2014. Vol. 35, № 7. P. R91–R141. https://doi.org/10.1088/0967-3334/35/7/R91
- Dremin V. V., Zherebtsov E. A., Popov A. P., Meglinski I. V., Bykov A. V. Hyperspectral imaging of diabetes mellitus skin complications // Biomedical Photonics for Diabetes Research. CRC Press, 2022. P. 177–195.
- Zherebtsov E., Dremin V., Popov A., Doronin A., Kurakina D., Kirillin M., Bykov A. Hyperspectral imaging of human skin aided by artificial neural networks // Biomedical Optics Express. 2019. Vol. 10, № 7. P. 3545–3559. https://doi.org/10.1364/BOE.10.003545
- Sagaidachnyi A., Mayskov D., Fomin A., Zaletov I., Skripal A. Separate extraction of human eccrine sweat gland activity and peripheral hemodynamics from high-and low-quality thermal imaging data // Journal of Thermal Biology. 2022. Vol. 110. Article number 103351. https://doi.org/10.1016/j.jtherbio.2022.103351
- Майсков Д. И., Сагайдачный А. А., Залетов И. С., Фомин А. В., Скрипаль А. В. Интегральное картирование активности потовых желез методом дифференциальной термографии // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 3. С. 222–232. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2021-21-3-222-232
- Сагайдачный А. А., Майсков Д. И., Залетов И. С., Фомин А. В., Скрипаль Ан. В. Детектирование активности единичных потовых желез методом макротермографии и ее взаимосвязь с температурой кожи и периферической гемодинамикой // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2020. Т. 20, вып. 2. С. 103–115. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2020-20-2-103-115
- Cardone D., Pinti P., Merla A. Thermal infrared imaging-based computational psychophysiology for psychometrics // Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2015. Vol. 2015. Article number 984353. https://doi.org/10.1155/2015/984353
- Taratorin A. M., Godik E. E., Guljaev Y. V. Functional mapping of dynamic biomedical images // Measurement. 1990. Vol. 8, № 3. P. 137–140. https://doi.org/10.1016/0263-2241(90)90055-B
- Фрик П. Г., Соколов Д. Д., Степанов Р. А. Вейвлет-анализ пространственно-временной структуры физических полей // Успехи физических наук. 2022. Т. 192, № 1. С. 69–99. https://doi.org/10.3367/UFNe.2020.10.038859
- Borik S., Lyra S., Perlitz V., Keller M., Leonhardt S., Blazek V. On the spatial phase distribution of cutaneous low-frequency perfusion oscillations // Scientific Reports. 2022. Vol. 12, № 1. P. 1–18. https://doi.org/10.1038/s41598-022-09762-0
- Tikhonova I. V., Grinevich A. A., Tankanag A. V. Analysis of phase interactions between heart rate variability, respiration and peripheral microhemodynamics oscillations of upper and lower extremities in human // Biomedical Signal Processing and Control. 2022. Vol. 71. P. 103091. https://doi.org/10.1016/j.bspc.2021.103091
- Mizeva I., Potapova E., Dremin V., Kozlov I., Dunaev A. Spatial heterogeneity of cutaneous blood flow respiratory-related oscillations quantified via laser speckle contrast imaging. PLoS ONE. 2021. Vol. 16, № 5. Article number e0252296. https://doi.org/10.1371/journal.pone.0252296
- Mizeva I., Dremin V., Potapova E., Zherebtsov E., Kozlov I., Dunaev A. Wavelet analysis of the temporal dynamics of the laser speckle contrast in human skin. IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2019. Vol 67, № 7. P. 1882–1889. https://doi.org/10.1109/TBME.2019.2950323
- Hultman M., Larsson M., Strömberg T., Henricson J., Iredahl F., Fredriksson I. Flowmotion imaging analysis of spatiotemporal variations in skin microcirculatory perfusion // Microvascular Research. 2022. Vol. 146. Article number 104456. https://doi.org/10.1016/j.mvr.2022.104456
- Волков И. Ю., Сагайдачный А. А., Фомин А. В. Фотоплетизмографическая визуализация гемодинамики и двухмерная оксиметрия // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2022. Т. 22, вып. 1. С. 15–45. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2022-22-1-15-45
- Procka P., Celovska D., Smondrk M., Borik S. Correlation Mapping of Perfusion Patterns in Cutaneous Tissue // Applied Sciences. 2022. Vol. 12, № 15. Article number 7658. https://doi.org/10.3390/app12157658
- Кубланов В. С., Пуртов К. С. Дистанционная фотоплетизмография в задаче исследования вариабельности сердечного ритма // Биомедицинская радиоэлектроника. 2015. № 8. С. 3–9.
- Кульминский Д. Д., Курбако А. В., Сказкина В. В., Прохоров М. Д., Пономаренко В. И., Киселев А. Р., Безручко Б. П., Караваев А. С. Разработка цифрового датчика пальцевой фотоплетизмограммы // Известия Саратовского университета. Новая серия. Серия: Физика. 2021. Т. 21, вып. 1. С. 58–68. https://doi.org/10.18500/1817-3020-2021-21-1-58-68
- Симонян М. А., Сказкина В. В., Посненкова О. М., Ишбулатов Ю. М., Шварц В. А., Боровкова Е. И., Киселев А. Р. Анализ спектральных показателей сигнала фотоплетизмограммы и их динамики в зависимости от возраста пациента для задач скрининга сердечно-сосудистых заболеваний // Профилактическая медицина. 2021. Т. 24, № 8. С. 73–79. https://doi.org/10.17116/profmed20212408173
- Karavaev A. S., Borovik A. S., Borovkova E. I., Orlova E. A., Simonyan M. A., Ponomarenko V. I., Kiselev A. R. Low-frequency component of photoplethysmogram reflects the autonomic control of blood pressure // Biophysical Journal. 2021. Vol. 120, № 13. P. 2657–2664. https://doi.org/10.1016/j.bpj.2021.05.020
- Kiselev A. R., Borovkova E. I., Shvartz V. A., Skazkina V. V., Karavaev A. S., Prokhorov M. D., Bockeria O. L. Low-frequency variability in photoplethysmographic waveform and heart rate during on-pump cardiac surgery with or without cardioplegia // Scientific Reports. 2020. Vol. 10, № 1. P. 1–9. https://doi.org/10.1038/s41598-020-58196-z
- Tankanag A. V., Grinevich A. A., Tikhonova I. V., Chemeris N. K. An analysis of phase relationships between oscillatory processes in the human cardiovascular system // Biophysics. 2020. Vol. 65, № 1. P. 159–164. https://doi.org/10.1134/s0006350920010194
- Tankanag A., Krasnikov G., Mizeva I. A pilot study: Wavelet cross-correlation of cardiovascular oscillations under controlled respiration in humans // Microvascular Research. 2020. Vol. 130. Article number 103993. https://doi.org/10.1016/j.mvr.2020.103993
- Tankanag A. V., Krasnikov G. V., Chemeris N. K. Phase Coherence of Finger Skin Blood Flow Oscillations Induced by Controlled Breathing in Humans // Physics of Biological Oscillators: New Insights into Non-Equilibrium and Non-Autonomous Systems / Aneta Stefanovska, Peter V. E. McClintock. Cham, Switzerland, Springer, 2021. P. 281–289. https://doi.org/10.1007/978-3-030-59805-1_18
- Короновский А. А., Храмов А. Е. Непрерывный вейвлетный анализ и его приложения. М. : Физматлит, 2003. 176 с.
- Nesme-Ribes E., Frick P., Sokoloff D., Zakharov V., Ribes J. C., Vigouroux A., Laclare F. Wavelet analysis of Maunder minimum as recorded in Solar diameter data // Comptes Rendus de Academie des Sciences, Paris, Serie II. 1995. Vol. 321, № 2 B. P. 525–532.
- Мизева И. А., Степанов Р. А., Фрик П. Г. Вейвлетные кросскорреляции двумерных полей // Вычислительные методы и программирование. 2006. Т. 7, № 2. С. 172–179.
- Федорович А. А. Функциональное состояние регуляторных механизмов микроциркуляторного кровотока в норме и при артериальной гипертензии по данным лазерной допплеровской флоуметрии // Регионарное кровообращение и микроциркуляция. 2010. Т. 9, № 1. С. 49–60.
- Крупаткин А. И. Пульсовые и дыхательные осцилляции кровотока в микроциркуляторном русле кожи человека // Физиология человека. 2008. Т. 34, № 3. С. 70–76.
- Kvandal P., Landsverk S. A., Bernjak A., Stefanovska A., Kvernmo H. D., Kirkebøen K. A. Low-frequency oscillations of the laser Doppler perfusion signal in human skin // Microvascular Research. 2006. Vol. 72, № 3. P. 120–127. https://doi.org/10.1016/j.mvr.2006.05.006
- Bernjak A., Stefanovska A., McClintock P. V., OwenLynch P. J., Clarkson P. B. Coherence between fluctuations in blood flow and oxygen saturation // Fluctuation and Noise Letters. 2012. Vol. 11, № 1. Article number 1240013. https://doi.org/10.1142/S0219477512400135