Title: Applying the 3-element windkessel model to photoplethysmographic
signals. Gender differences and age correlation
Título: Aplicación a señales
fotopletismográficas del modelo de "Cámara de
aire con tres elementos". Diferencias en cuanto a género
y correlación con la edad
Autor:
Dr. Jorge Luis Hernández Cáceres
Center for Cybernetics Applications to Medicine (CECAM), Havana
Medical Sciences University. Cuba.
E-mail: cacerjlh@infomed.sld.cu;
cacerjlh@yahoo.com
Abstract
Automatically averaged photoplethysmographic (PPG) signals were
fit to a 3-element windkessel model using a Gauss-Newton optimization
algorithm. Data corresponded to 78 healthy subjects (ages from 8
to 87 years). Unlike other reports, two phase velocities are also
estimated from the model. Gender differences were found, particularly
respect to individual parameters correlation with age. When a nonlinear
model was fit to the two first principal components, a high correlation
with age was found for both females (r=0.69) and male subjects (r=0.77).
Our results further support the idea that the PPG signal is a valuable
source of information about the cardiovascular system, comparable
to the much more expensive continuous pressure signal.
Key words: photoplethysmographic
signal, windkessel model, cardiovascular age, mathematical model.
Resumen
Señales fotopletismográficas automáticamente
promediadas fueron ajustadas a un modelo de "bomba hidráulica"
de tres elementos. Para ello se utilizó un algoritmo de optimización
del tipio "Gauss-Newton". Los datos fueron obtenidos de
78 individuos sanos con edades entre 8 y 87 años. A diferencia
de otros reportes, en el presente trabajo se estimaron dos velocidades
de fase a partir del modelo. Al aplicar un modelo no lineal respecto
los dos primeros componentes principales, se obtuvo una elevada
correlación con la edad tanto para los sujetos femeninos
(r=0.69) como para los masculinos (r=0.77). Nuestros resultados
ofrecen un apoyo adicional a la idea de que la señal fotopletismográfica
es una fuente importante de información acerca del sistema
cardiovascular, comparable a la señal de presión continua,
aun cuando esta última es mucho más costosa.
Palabras clave: señal fotopletismográfica,
modelo de cámara de aire, edad cardiovascular, modelo matemático.
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