Специальная секция "Биофотоника" памяти Владимира Леонидовича Кузьмина

Монте-Карло моделирование сигналов фотоплетизмографии и пульсоксиметрии для разработки носимых устройств

М. Ю. Кириллин^ab, Д. А. Куракина^ab, В. В. Перекатова^ab, А. А. Серебрякова^ab, М. А. Свешникова^ab, С. Ф. Насрулаев^c, Р. В. Гуркин^c, М. В. Иванченко^a, Е. А. Сергеева<sup>ab

a</sup> Национальный исследовательский Нижегородский государственный университет им. Н. И. Лобачевского, Нижний Новгород, Россия
^b Федеральный исследовательский центр Институт прикладной физики им. А.В. Гапонова-Грехова Российской академии наук, Нижний Новгород, Россия
^c SberDevices, Москва, Россия

Аннотация: С помощью численного моделирования методом Монте-Карло анализируется выбор расстояния источник-детектор в оптической схеме носимого устройства, предназначенного для фотоплетизмографии и пульсоксиметрии в отражательной конфигурации. Моделирование проведено для многослойной среды, имитирующей биоткани пальца человека для трех длин волн: зеленого, красного и ИК диапазонов. Для каждой длины волны моделирование проведено для систолической и диастолической фаз сердцебиения, что позволило проанализировать зависимость относительного изменения сигнала при сердцебиении от расстояния между источником и детектором. Показано монотонное возрастание относительного изменения сигнала между систолической и диастолической фазами с увеличением расстояния источник-детектор. Кроме того, выявлена зависимость коэффициентов калибровочной кривой в пульсоксиметрии от этого параметра. На основе продемонстрированных эффектов выработаны рекомендации по оптимизации расстояния источник-детектор в коммерческих носимых устройствах для заданных технических характеристик оптических элементов.

Ключевые слова: биофотоника, фотоплетизмография, пульсоксиметрия, Монте-Карло моделирование.

Поступила в редакцию: 31.10.2025
Исправленный вариант: 07.11.2025
Принята в печать: 25.11.2025

DOI: 10.61011/OS.2025.12.62506.46-25