scholarly journals Dynamic Light Scattering: A New Noninvasive Technology for Neonatal Heart Rate Monitoring

Neonatology ◽  
2020 ◽  
Vol 117 (3) ◽  
pp. 279-286
Author(s):  
Norani H. Gangaram-Panday ◽  
Tanja van Essen ◽  
Tom G. Goos ◽  
Rogier C.J. de Jonge ◽  
Irwin K.M. Reiss ◽  
...  

<b><i>Background:</i></b> Heart rate (HR) detection in premature infants using electrocardiography (ECG) is challenging due to a low signal amplitude and the fragility of the premature skin. Recently, the dynamic light scattering (DLS) technique has been miniaturized, allowing noninvasive HR measurements with a single sensor. <b><i>Objective:</i></b> The aim was to determine the accuracy of DLS for HR measurement in infants, compared to ECG-derived HR. <b><i>Methods:</i></b> Stable infants with a gestational age of ≥26 weeks, monitored with ECG, were eligible for inclusion. HR was measured with the DLS sensor at 5 different sites for 15 min each. We recorded every 10th second of the DLS-derived HR and the DLS signal-to-noise ratio (SNR), and the ECG-derived HR was extracted for analysis. Patients were randomly divided into 2 groups. In the first group, the optimal SNR cut-off value was determined and then applied to the second group to assess agreement. <b><i>Results:</i></b> HR measurements from 31 infants were analyzed. ECG-DLS paired data points were collected at the forehead, an upper extremity, the thorax, a lower extremity, and the abdomen. When applying the international accuracy standard for HR detection, DLS accuracy in the first group (<i>n</i> = 15) was optimal at the forehead (SNR cut-off 1.66). Application of this cut-off to the second group (<i>n</i> = 16) showed good agreement between DLS-derived HR and ECG-derived HR (bias –0.73 bpm; 95% limits of agreement –15.46 and 14.00 bpm) at the forehead with approximately 80% (i.e., 1,066/1,310) of all data pairs remaining. <b><i>Conclusion:</i></b> The investigated DLS sensor was sensitive to movement, overall providing less accurate HR measurements than ECG and pulse oximetry. In this study population, specific measurement sites provided excellent signal quality and good agreement with ECG-derived HR.

Author(s):  
Е.С. Гусева ◽  
С.О. Давыдов ◽  
Б.И. Кузник ◽  
Ю.Н. Смоляков ◽  
П.П. Терешков ◽  
...  

Цель исследования - изучение взаимосвязи между вариабельностью сердечного ритма (ВСР) системой гемостаза и гемодинамическими функциями у женщин больных эссенциальной гипертензией (ГБ) в зависимости от методов применяемой терапии. Методика. Под наблюдением находились 72 женщины, страдающие гипертонической болезнью. Обследовано 2 группы пациенток: 1-я группа (ГБ-1) находилась на медикаментозной терапии, 2-я (ГБ-2) - наряду с медикаментозной терапией регулярно на протяжении 2-3 лет проходила не менее 3 полуторамесячных курсов кинезитерапии. Для изучения гемодинамики был использован датчик динамического рассеяния света (miniature Dynamic Light Scattering - mDLS) от Elfi-Tech (Rehovot, Israel), измеряющий сигналы, инициированные кожным кровотоком и использующий методику разложения сигнала на частотные компоненты, связанные с разными гемодинамическими источниками. Из пульсовой компоненты mDLS сигнала извлекалась информация о вариабельности RR интервалов, и рассчитывались индикаторы вариабельности сердечного ритма. Изучали показатели свёртывающей системы крови: активированное парциальное тромбопластиновое время - (АПТВ), протромбиновое время (ПТВ) с вычислением МНО, тромбиновое время (ТВ), концентрация фибриногена, факторов II (протромбин), IIa (тромбин), IX и Х [10]. Кроме перечисленных методов исследования определялся пространственный рост фибринового сгустка, осуществляемый с помощью прибора «Регистратор Тромбодинамики Т-2». Достоинством способа является его объективность и то, что программой предусмотрена фоторегистрация роста сгустка через 5, 15 и 30 мин. Результаты. Как в группе ГБ-1, так и ГБ-2 выявлены многочисленные корреляционные связи между различными показателями ВСР, системы гемостаза и гемодинамических Данные представленные в виде матрицы свидетельствуют о том, что сдвиги в системе гемостаза и гемодинамики у больных ГБ-1, обусловленные деятельностью сердца и осуществляемые при участии как симпатического, так и парасимпатического отделов АНС способствуют возникновению тромботических осложнений. В то же время у больных ГБ-2 ВСР практически не коррелирует с показателями системы гемостаза и в меньшей степени связана с гемодинамические функции, благодаря чему состояние гемостаза и гемодинамики приближается к показателям здоровых женщин. Между тем, выявленные взаимосвязи между системой гемостаза и гемодинамическими функциями как у больных ГБ-1, так и ГБ-2 направлены на предотвращение внутрисосудистого свёртывания крови. Заключение. Применение систематической умеренной физической нагрузки на протяжении 2 - 3 лет способствует нормализации взаимоотношений между ВСР, системой гемостаза и гемодинамическими функциями у больных ГБ и способствует более устойчивой нормализации кровяного давления. Aim. To study the relationship between heart rate variability (HRV), hemostasis, and hemodynamic functions in women with essential hypertension (EH), depending on the method of therapy. Methods. 72 women with hypertension were monitored. Two patient groups were evaluated: the first group (EH-1) had recceived only drug therapy and the second group (EH-2), in addition to drug therapy, had regularly participated in at least three 1.5 mos long courses of kinesitherapy over a 2-3 years period. To study hemodynamics, we used a miniature Dynamic Light Scattering (mDLS) sensor from Elfi-Tech (Rehovot, Israel), which measures signals initiated by skin blood flow and uses a technique for decomposing the signal into frequency components associated with different hemodynamic sources. Information on the variability of RR intervals was extracted from the pulse component of the mDLS signal, and parameters of heart rate variability were calculated. Indexes of the coagulation system were studied, including activated partial thromboplastin time (APTT), prothrombin time (PTT) with calculation of INR, thrombin time (TT), concentrations of fibrinogen and factors II (prothrombin), IIa (thrombin), IX, and X [10]. In addition, spatial fibrin clot growth was determined with a Thrombodynamics Registrator T-2 apparatus. The method benefits are its objectivity and a possibility of photorecording of the clot growth at 5, 15 and 30 min. Results. Both in the EH-1 and EH-2 groups, numerous correlations were detected between various parameters of HRV, the hemostatic system, and hemodynamic functions, as well as between the parameters of the hemostatic system and hemodynamic functions. The data are presented in the form of a matrix. The data indicate that shifts in the hemostatic and hemodynamic systems of EH-1 patients induced by cardiac activity and resulting from activities of both the sympathetic and parasympathetic sections of the autonomic nervous system (ANS) are aimed at enhancing the hemostatic properties of blood, and this contributes to thrombotic complications. At the same time, in EH-2 patients, HRV had practically no effect on the hemostatic system and to a lesser extent was related with the hemodynamic function. Due to this, the state of hemostasis and hemodynamics in EH-2 patients approaches the state found in healthy women. In addition, the relationship between the hemostatic system and hemodynamic function in both EH-1 and EH-2 patients are aimed at preventing intravascular coagulation. Conclusion. The use of systematic, moderate physical activity for 2 to 3 years helps hypertensive patients to normalize the relationship between HRV, the hemostatic system, and hemodynamic functions. This contributes to a more normal and stable blood pressure.


Author(s):  
Ю.Н. Смоляков ◽  
Б.И. Кузник ◽  
Н.А. Нольфин ◽  
В.В. Раменский ◽  
Е.В. Федоренко ◽  
...  

Цель исследования: изучить адаптационные механизмы изменения гемодинамических и вегетативных показателей у медицинских работников станции скорой медицинской помощи в ответ на стрессорные факторы. Материалы и методы. Обследовано 35 работников станции скорой медицинской помощи до и после суточного дежурства. Для оценки характеристик микроциркуляторного кровотока применяли метод динамического рассеяния света от эритроцитов с помощью mDLS датчика (miniaturized Dynamic Light Scattering) от ElfiTech (Rehovot, Israel). Сигнал интегрируется в виде 3 гемодинамических индексов (HI Hemodynamic Index). Низкочастотный индекс (HI1) определяется медленным межслоевым взаимодействием, высокочастотная область (HI3) характеризует быстрые процессы сдвига слоев, HI2 занимает промежуточное положение (прекапиллярный и капиллярный кровоток). Колебания RR интервалов оценивали методом вариационной пульсометрии (Heart Rate Variability HRV). Для повышения чувствительности введена дополнительная стрессовая нагрузка тест Струпа. Результаты. В состоянии покоя после дежурства в компоненте НI1 отмечали значимое уменьшение. Под действием Струптеста динамика расширяется и захватывает нормированный индекс RHI2, который уменьшается, а также показатель RHI3, значимо возрастающий. После дежурства выявляли значимо более низкие показатели частоты сердечных сокращений (HR). Одновременно наблюдали увеличенные показатели общей вариабельности сердечного ритма (SDNN, RMSSD). Значительно возрастали частотные компоненты (LF и HF), однако их взаимоотношение не менялось. Повышался нелинейный парасимпатический индекс (CVI). Заключение. Экстренная суточная нагрузка на врача приводит к значимым изменениям в гемодинамических процессах, но выявляются они только при нанесении дополнительной кратковременной нагрузки, что демонстрирует снижение адаптационных запасов. Со стороны вегетативного баланса значимые различия до и после дежурства отмечаются уже в покое. Aim: to investigate the adaptation mechanisms of changes in hemodynamic and autonomic indexes of the medical workers provide urgent medical assistance in response to stress factors. Materials and methods. We examined 35 ambulance station workers before and after daily duty. The characteristics of the microcirculatory blood flow were assessed by the method of dynamic light scattering from red blood cells using ElfiTech (Rehovot, Israel) mDLS sensor (miniaturized Dynamic Light Scattering). The signal is integrated in the form of 3 hemodynamic indices (HI Hemodynamic Index). The lowfrequency index (HI1) is determined by the slow interlayer interaction, the highfrequency region (HI3) characterizes the fast processes of layer shift. HI2 occupies an intermediate position (precapillary and capillary blood flow). Fluctuations RR intervals were estimated by the method of heart rate variability (HRV). To increase the sensitivity, additional stress load was introduced, that was created using the Stroop test. Results. At rest after duty, a significant decrease is noted in the HI1 component. Under the influence of the Strooptest, the dynamics of changes expands and captures the normalized RHI2 index that decreases, and also the RHI3 indicator that significantly increases. After duty, significantly lower heart rate (HR) was detected. At the same time, increased rates of overall heart rate variability (SDNN, RMSSD) were observed. The frequency components (LF, HF) increased significantly, but their ratio did not change. The nonlinear parasympathetic index (CVI) increased. Conclusion. Emergency 24 hour load on the doctor leads to significant changes in hemodynamic processes, but they are detected only when additional shortterm load is applied, that demonstrates a decrease of adaptive reserves. Significant differences in vegetal balance before and after duty are noted already at rest.


2021 ◽  
Vol 14 (1) ◽  
Author(s):  
Hanne Pike ◽  
Joar Eilevstjønn ◽  
Peder Bjorland ◽  
Jørgen Linde ◽  
Hege Ersdal ◽  
...  

Abstract Objective To compare the accuracy of heart rate detection properties of a novel, wireless, dry-electrode electrocardiogram (ECG) device, NeoBeat®, to that of a conventional 3-lead gel-electrode ECG monitor (PropaqM®) in newborns. Results The study population had a mean gestational age of 39 weeks and 2 days (1.5 weeks) and birth weight 3528 g (668 g). There were 950 heart rate notations from each device, but heart rate was absent from the reference monitor in 14 of these data points, leaving 936 data pairs to compare. The mean (SD) difference when comparing NeoBeat to the reference monitor was -0.25 (9.91) beats per minute (bpm) (p = 0.44). There was a deviation of more than 10 bpm in 7.4% of the data pairs, which primarily (78%) was attributed to ECG signal disturbance, and secondly (22%) due to algorithm differences between the devices. Excluding these outliers, the correlation was equally consistent (r2 = 0.96) in the full range of heart rate captured measurements with a mean difference of − 0.16 (3.09) bpm. The mean difference was less than 1 bpm regardless of whether outliers were included or not.


Author(s):  
Б.И. Кузник ◽  
Ю.Н. Смоляков ◽  
Ю.К. Шаповалов ◽  
Н.А. Нольфин ◽  
Д.С. Партс

Введение. Состояние системы гемостаза при COVID-19 детально исследовано. Вместе с тем совершенно не изучено состояние гемодинамики и вариабельность сердечного ритма (ВСР) у больных COVID-19 в разгар заболевания и в процессе реабилитации. Цель исследования: изучить состояние микроциркуляции и ВСР у больных с тяжелым течением COVID-19 в процессе заболевания, после выписки из стационара и после прохождения курса реабилитации. Материалы и методы. Наши наблюдения проведены на 43 пациентах, получавших лечение в ГУЗ «ГКБ № 1» (Чита), перепрофилированной для терапии больных COVID-19, а также на курорте «Дарасун» (Забайкальский край), предназначенном для реабилитации больных, перенесших COVID-19. Контрольную группу составили 69 человек, сопоставимых по полу возрасту и сопутствующим заболеваниям. Состояние кровотока и ВСР изучали с помощью датчика mDLS (Dynamic Light Scattering, Rehovot, Israel) и использования оригинального алгоритмического подхода. При этом сигнал разлагался на частотные компоненты, связанные с гемодинамическими источниками различной скорости сдвига слоев крови (гемодинамические индексы), в значительной степени отражающих состояние системы гемостаза. Результаты. У больных COVID‑19 абсолютные значения гемодинамических индексов оказались значительно выше, чем в контроле, что свидетельствует об усилении микроциркуляторной динамики. Особенно резко возрастали значения HI1и HI2, что связано с усилением пристеночного (эндотелиального) и промежуточного кровотока. Об этом же свидетельствует увеличение у тяжелобольных почти в 4 раза соотношения HI1/HI3, которое не восстанавливалось после выздоровления, а также после реабилитации. Одновременно в разгар заболевания происходило значительно усиление пульсовых (PULSE 1 и 2) и резкое снижение респираторных (RESP1, 2 и 3) осцилляторных индексов, значения которых оставались стабильными как у выздоровевших пациентов, так и у прошедших курс реабилитации. Заключение. У больных COVID-19 в разгар заболевания отмечаются выраженные сдвиги со стороны микроциркуляции и ВСР, обусловленные повышением тонуса симпатического отдела автономной нервной системы, и сохраняющееся после выписки из стационара и прохождения курса реабилитации. Background. Hemostasis in COVID‑19 has been studied in detail. The state of hemodynamics and heart rate variability (HRV) in patients with COVID‑19 at the height of the disease and during rehabilitation has not been fully studied. Objectives: to study microcirculation and HRV in patients with severe COVID-19 during the course of the disease, after discharge from the hospital and after rehabilitation course. Patients/Methods. We examined 43 patients with COVID‑19 treated at City Clinical Hospital № 1 (Chita) and underwent rehabilitation at Darasun resort (Trans-Baikal Territory). The control group consisted of 69 people of same sex, age and concomitant diseases. Blood flow and HRV were studied using mDLS sensor (Dynamic Light Scattering, Rehovot, Israel) and an original algorithmic approach. The signal was decomposed into frequency components associated with hemodynamic sources of different shear rates of blood layers (hemodynamic indexes) that largely reflected hemostasis state. Results. In patients with COVID-19, the absolute values of hemodynamic indexes were significantly higher than in controls, it was the evidence of microcirculatory intensification. The HI1 and HI2 values increased especially sharply, that was associated with increased endothelial and intermediate blood flow. This was also evidenced by an almost 4‑fold increase in the HI1/HI3 ratio in seriously ill patients that does not restored after recovery, as well as after rehabilitation. At the same time, at the height of the disease, there was a significant increase of pulse (PULSE 1 and 2) and a sharp decrease of respiratory (RESP1, 2 and 3) oscillatory indexes, that remained stable both in recovered patients and in those who underwent a course of rehabilitation. Conclusions. In patients with COVID-19 at the height of the disease pronounced shifts in microcirculation and HRV are noted due to increased tonus of sympathetic nervous system that persisted after discharge and rehabilitation.


Sensors ◽  
2019 ◽  
Vol 19 (13) ◽  
pp. 2846 ◽  
Author(s):  
Behnam Askarian ◽  
Kwanghee Jung ◽  
Jo Woon Chong

Photoplethysmography (PPG) is a commonly used in determining heart rate and oxygen saturation (SpO2). However, PPG measurements and its accuracy are heavily affected by the measurement procedure and environmental factors such as light, temperature, and medium. In this paper, we analyzed the effects of different mediums (water vs. air) and temperature on the PPG signal quality and heart rate estimation. To evaluate the accuracy, we compared our measurement output with a gold-standard PPG device (NeXus-10 MKII). The experimental results show that the average PPG signal amplitude values of the underwater environment decreased considerably (22% decrease) compared to PPG signals of dry environments, and the heart rate measurement deviated 7% (5 beats per minute on average. The experimental results also show that the signal to noise ratio (SNR) and signal amplitude decrease as temperature decreases. Paired t-test which compares amplitude and heart rate values between the underwater and dry environments was performed and the test results show statistically significant differences for both amplitude and heart rate values (p < 0.05). Moreover, experimental results indicate that decreasing the temperature from 45 °C to 5 °C or changing the medium from air to water decreases PPG signal quality, (e.g., PPG signal amplitude decreases from 0.560 to 0.112). The heart rate is estimated within 5.06 bpm deviation at 18 °C in underwater environment, while estimation accuracy decreases as temperature goes down.


1978 ◽  
Vol 39 (9) ◽  
pp. 955-960 ◽  
Author(s):  
E. Geissler ◽  
A.M. Hecht

2002 ◽  
Vol 715 ◽  
Author(s):  
J. Krc ◽  
M. Zeman ◽  
O. Kluth ◽  
F. Smole ◽  
M. Topic

AbstractThe descriptive scattering parameters, haze and angular distribution functions of textured ZnO:Al transparent conductive oxides with different surface roughness are measured. An approach to determine the scattering parameters of all internal interfaces in p-i-n a-Si:H solar cells deposited on the glass/ZnO:Al substrates is presented. Using the determined scattering parameters as the input parameters of the optical model, a good agreement between the measured and simulated quantum efficiencies of the p-i-n a-Si:H solar cells with different interface roughness is achieved.


2014 ◽  
Vol 73 (11) ◽  
pp. 977-983
Author(s):  
A. P. Fedoryako ◽  
A. I. Kocherzhin ◽  
M. P. Kukhtin ◽  
E. I. Chernyakov

Sign in / Sign up

Export Citation Format

Share Document