Известия Саратовского университета.

Новая серия. Серия Физика

ISSN 1817-3020 (Print)
ISSN 2542-193X (Online)

Для цитирования:

Сагайдачный А. А., Майсков Д. И., Залетов И. С., Фомин А. В., Скрипаль А. 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. DOI: 10.18500/1817-3020-2020-20-2-103-115

Статья опубликована на условиях лицензии Creative Commons Attribution 4.0 International (CC-BY 4.0).
Опубликована онлайн: 
01.06.2020
Полный текст в формате PDF(Ru):
скачать
(загрузок: 403)
Язык публикации: 
русский
Рубрика: 
Биофизика и медицинская физика
УДК: 
621.384.3:61
DOI: 
10.18500/1817-3020-2020-20-2-103-115

Детектирование активности единичных потовых желез методом макротермографии и ее взаимосвязь с температурой кожи и периферической гемодинамикой

Авторы: 
Сагайдачный Андрей Александрович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Майсков Дмитрий Игоревич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Залетов Иван Сергеевич, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Фомин Андрей Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Скрипаль Анатолий Владимирович, Саратовский национальный исследовательский государственный университет имени Н. Г. Чернышевского
Аннотация: 

Описан способ термографического анализа реакции потовых желез пальцев рук, основанный на подсчете количества открытых потовых пор как функции времени. Показана возможность одновременного анализа количества потовых желез, активизирующихся на левой и правой руках в ответ на дыхательную пробу. Проведено сопоставление динамики температуры, количества открытых потовых пор и колебаний объемного кровотока. Активность выводных протоков потовой железы приводит к появлению низкоамплитудных высокочастотных колебаний температуры кожи (частота более 0.1 Гц), колебание кровотока – напротив, к появлению высокоамплитудных, низкочастотных колебаний температуры кожи, возникающих с некоторым запаздыванием. Диагностический потенциал описанного метода обусловлен тем, что динамика активности потовых желез связана с деятельностью симпатической нервной системы, поэтому снижение количества открытых потовых пор в ответ на функциональную нагрузку может свидетельствовать о поражении малых нервных волокон и периферической нейропатии, развивающейся уже на ранних стадиях ряда эндокринологических и метаболические патологий, например сахарного диабета.

Ключевые слова: 
термография
потовые железы
потовые поры
кровоток
нейропатия
асинхронность
фильтрация
сахарный диабет
Список источников: 
  1. Krishnamurthy N., Mubarak A. S., Sri V. G., Balakumarr B., Srinivasan V. Infl uence of respiration on human sympathetic skin response // Indian Journal of Physiology and Pharmacology. 1996. Vol. 40. P. 350–354.
  2. Familoni B. O., Gregor K. L., Dodson T. S., Krzywicki A. T., Lowery Jr B. N., Orr S. P., Rasmusson A. M. Sweat pore reactivity as a surrogate measure of sympathetic nervous system activity in trauma-exposed individuals with and without posttraumatic stress disorder // Psychophysiology. 2016. Vol. 53, № 9. P. 1417–1428. DOI: https://doi.org/10.1111/psyp.12681
  3. Shibasaki M., Kondo N., Crandall C. G. Non-thermoregulatory modulation of sweating in humans // Exercise and Sport Sciences Reviews. 2003. Vol. 31, № 1. P. 34–39.
  4. Freedman L. W., Scerbo A. S., Dawson M. E., Raine A., McClure W. O., Venables P. H. The relationship of sweat gland count to electrodermal activity // Psychophysiology. 1994. Vol. 31, № 2. P. 196–200. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1994.tb01040.x
  5. Juniper Jr. K., Blanton D. E., Dykman R. A. Palmar skin resistance and sweat-gland counts in drug and non-drug states // Psychophysiology. 1967. Vol. 4, № 2. P. 231–243. DOI: https://doi.org/10.1111/j.1469-8986.1967.tb02762.x
  6. Znamenskaya I. A., Koroteyeva E. Y., Khakhalin A. V., Shishakov V. V., Isaichev S. A., Chernorizov A. M. Infrared Thermography and Image Analysis of Dynamic Processes around the Facial Area // Moscow University Physics Bulletin. 2017. Vol. 72, № 6. P. 595–600.
  7. Znamenskaya I., Koroteeva E., Isaychev A., Chernorizov A. Thermography-based remote detection of psychoemotional states // QIRT 2018 Proceedings. Vol. 1. P. 51–56. DOI: https://doi.org/10.21611/qirt.2018.p13
  8. Знаменская И. А., Коротеева Е. Ю., Шишаков В. В., Хахалин А. В., Кузьмичева Е. А., Исайчев С. А., Черноризов А. М. Анализ видеопоследовательностей и термограмм лица для дистантного съема физиологических индикаторов психоэмоциональных состояний человека // Материалы 27-й Междунар. конф. по компьютерной графике и машинному зрению, GraphiCon 2017 (Пермь, 24–28 сентября 2017 г.). Пермь, 2017. С. 121–124.
  9. Знаменская И. А., Коротеева Е. Ю., Хахалин А. В., Шишаков В. В. Термографическая визуализация и дистанционный анализ динамических процессов в области лица // Научная визуализация. 2016. Т. 8, № 5. С. 122–131.
  10. Sato K., Kang W. H., Saga K., Sato K. T. Biology of sweat glands and their disorders. II. Disorders of sweat gland function // Journal of the American Academy of Dermatology. 1989. Vol. 20, № 5. P. 713–726. DOI: https://doi.org/10.1016/S0190-9622(89)70081-5
  11. Вайнер Б. Г. Матричное тепловидение в физиологии. Новосибирск : Сиб. отд-ние РАН, 2004. 95 с.
  12. Вайнер Б. Г. Коротковолновые матричные тепловизоры – оптимальное средство медицинской диагностики и контроля // Больничный лист. 2002. № 9. C. 14–21.
  13. Vainer B. G. FPA-based infrared thermography as applied to the study of cutaneous perspiration and stimulated vascular response in humans // Physics in Medicine & Biology. 2005. Vol. 50, № 23. P. 63–94.
  14. Vetrugno R., Liguori R., Cortelli P., Montagna P. Sympathetic skin response // Clinical Autonomic Research. 2003. Vol. 13, № 4. P. 256–270. DOI: https://doi.org/10.1007/s10286-003-0107-5
  15. Ohmi M., Tanigawa M., Yamada A., Ueda Y., Haruna M. Dynamic analysis of internal and external mental sweating by optical coherence tomography // J. Biomed. Opt. 2009. Vol. 14, № 1. 014026. DOI: https://doi.org/10.1117/1.3079808
  16. Lee J., Pyo M., Lee S. H., Kim J., Ra M., Kim W. Y., Park B. J., Lee Ch. W., Kim J. M. Hydrochromic conjugated polymers for human sweat pore mapping // Nature Communications. 2014. Vol. 5, № 1. 3736. DOI: https://doi.org/10.1038/ncomms4736
  17. Ring E. F. J. The historical development of temperature measurement in medicine // Infrared Physics & Technology. 2007. Vol. 49, № 3. P. 297–301 DOI: https://doi.org/10.1016/j.infrared.2006.06.029
  18. Shastri D., Merla A., Tsiamyrtzis P., Pavlidis I. Imaging facial signs of neurophysiological responses // IEEE Transactions on Biomedical Engineering. 2009. Vol. 56, № 2. P. 477–484. DOI: https://doi.org/10.1109/TBME.2008.2003265
  19. Cardone D., Pinti P., Merla A. Thermal infrared imagingbased computational psychophysiology for psychometrics // Computational and Mathematical Methods in Medicine. 2015. ID 984353. DOI: https://doi.org/10.1155/2015/984353
  20. Ivanitsky G. R. Modern matrix thermovision in biomedicine // Advances in Physical Sciences. 2006. Vol. 49, № 12. P. 1263–1288. DOI: https://doi.org/10.1070/PU2006v049n12ABEH006163
  21. Krzywicki A. T., Berntson G. G., O’Kane B. L. A. Noncontact technique for measuring eccrine sweat gland activity using passive thermal imaging // International Journal of Psychophysiology. 2014. Vol. 94, № 1. P. 25–34. DOI: https://doi.org/10.1016/j.ijpsycho.2014.06.011
  22. Allen J., Frame J. R., Murray A. Microvascular blood fl ow and skin temperature changes in the fi ngers following a deep inspiratory gasp // Physiological Measurement. 2002. Vol. 23, № 2. P. 365–373. DOI: https://doi.org/10.1088/0967-3334/23/2/312
  23. Allen J., Di Maria C., Mizeva I., Podtaev S. Finger microvascular responses to deep inspiratory gasp assessed and quantifi ed using wavelet analysis // Physiological Measurement. 2013. Vol. 34, № 7. P. 769–779.
  24. Illigens B. M. W., Gibbons C. H. Sweat testing to evaluate autonomic function // Clinical Autonomic Research. 2009. Vol. 19, № 2. P. 79–87. DOI: https://doi.org/10.1007/s10286-008-0506-8
  25. Low V. A., Sandroni P., Fealey R. D., Low P. A. Detection of small-fi ber neuropathy by sudomotor testing // Muscle & Nerve. 2006. Vol. 34, № 1. P. 57–61. DOI: https://doi.org/10.1002/mus.20551
  26. Gibbons C. H., Illigens B. M. W., Wang N., Freeman R. Quantifi cation of sweat gland innervation: a clinicalpathologic correlation // Neurology. 2009. Vol. 72, № 17. P. 1479–1486. DOI: https://doi.org/10.1212/WNL.0b013e3181a2e8b8
  27. Podtaev S., Morozov M., Frick P. Wavelet-based correlations of skin temperature and blood fl ow oscillations // Cardiovas. Eng. 2008. Vol. 8. P. 185–189. DOI: https://doi.org/10.1007/s10558-008-9055-y
  28. Frick P., Mizeva I., Podtaev S. Skin temperature variations as a tracer of microvessel tone // Biomedical Signal Processing and Control. 2015. Vol. 21. P. 1–7. DOI: https://doi.org/10.1016/j.bspc.2015.04.014
  29. Sagaidachnyi A., Fomin A., Usanov D., Skripal A. Realtime technique for conversion of skin temperature into skin blood fl ow : human skin as a low-pass fi lter for thermal waves // Computer Methods in Biomechanics and Biomedical Engineering. 2019. Vol. 22, № 12. P. 1009–1019 DOI: https://doi.org/10.1080/10255842.2019.1615058
  30. Сагайдачный А. А., Фомин А. В., Волков И. Ю. Предельные возможности современных тепловизоров, как инструмента для исследования колебаний периферического кровотока человека в различных диапазонах частот // Медицинская физика. 2016. № 4. С. 84–93.
  31. Sagaidachnyi A. A., Skripal A. V., Fomin A. V., Usanov D. A. Determination of the amplitude and phase relationships between oscillations in skin temperature and photoplethysmography-measured blood flow in fingertips // Physiological Measurement. 2014. Vol. 35, № 2. P. 153–166. DOI: https://doi.org/10.1088/0967-3334/35/2/153
  • 1533 просмотра