Диссертация (1026108)
Текст из файла
МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТИМЕНИ Н.Э. БАУМАНАНа правах рукописиТатараидзе Александр БидзиновичРАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИИ ПРОГРАММНО-АППАРАТНОГО КОМПЛЕКСАДЛЯ ИССЛЕДОВАНИЯ СТРУКТУРЫ СНА ЧЕЛОВЕКАСпециальность 05.11.17 —«Приборы, системы и изделия медицинского назначения»Диссертация на соискание учёной степеникандидата технических наукНаучный руководитель:д.ф.-м.н., академик РАНБугаев А.С.Москва — 20162ОглавлениеСтр.Список сокращений .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .4Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .6Глава 1. Постановка задачи исследования . . . . . . . . . . . . . . .121.1 Сон и полисомнография . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .121.2 Нарушения сна . . . . . . . . . . . .
. . . . . . . . . . . . . . . .181.3 Методы диагностики нарушений сна . . . . . . . . . . . . . . .231.4 Аналитический обзор литературы . . . . . . . . . . . . . . . . .281.5 Формальная постановка задачи определения структуры сна иобоснование критерия качества её решения . .
. . . . . . . . . .341.6 Выводы по главе 1 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .41Глава 2. Исследование физиологических сигналов и методов ихрегистрации, потенциально применимых длядлительного мониторинга структуры сна . . . . . . . . . .422.1 Анализ изменений физиологических параметров в течение сна .422.2 Анализ методов регистрации физиологических сигналов,потенциально применимых к задаче . .
. . . . . . . . . . . . . .462.3 Исследование возможности определения структуры сначеловека на основе анализа дыхательных движений . . . . . . .542.3.1Введение . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .542.3.2Предобработка сигналов . . . . . . . . . . . . . . . . . .582.3.3Извлечение признаков из сигнала ВСР . . . . . . . . . .602.3.4Извлечение признаков из сигнала РИП .
. . . . . . . . .672.3.5Классификация и результаты . . . . . . . . . . . . . . . .742.4 Выводы по главе 2 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .763Стр.Глава 3. Разработка методов учёта особенностей структуры сна . .783.1 Особенности структуры сна .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . .783.2 Нормализованный индекс эпохи . . . . . . . . . . . . . . . . . .793.3 Оценка априорных вероятностей в течение ночи . . . . . . . . .803.4 Математическая модель оценки априорных вероятностей .
. . .833.5 Эвристические правила . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .893.6 Двухступенчатая классификация . . . . . . . . . . . . . . . . . .913.7 Выводы по главе 3 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .92Глава 4. Разработка биотехнической системы длительногоавтоматического бесконтактного определения структурысна человека . .
. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .934.1 Экспериментальные исследования по совместной регистрациибиорадиолокационных сигналов и полисомнографии . . . . . .934.2 Разработка алгоритма определения артефактов и дыхательныхциклов на биорадиолокационном сигнале . . . . . . . . . . . . .964.3 Исследование пространства признаков и методов классификации 1014.4 Апробация методов учёта особенностей структуры сна .
. . . . 1084.5 Исследование качества определения структуры сна ивозможности диагностики инсомнии на основебиорадиолокационного мониторинга . . . . . . . . . . . . . . . . 1104.6 Разработка требований к биотехнической системе длительногобесконтактного мониторинга структуры сна человека . . . .
. . 1154.7 Выводы по главе 4 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 119Основные выводы и заключение по диссертационной работе . . . . 121Список литературы . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 1234Список сокращенийАД — артериальное давлениеАНС — автономная нервная системаАКТ — актиграфияБДР — бодрствованиеБКГ — баллистокардиографияБО — биологический объектБРЛ — биорадиолокацияБТС — биотехническая системаВСР — вариабельность сердечного ритмаГС — глубокий сонДЦ — дыхательный циклИАГ— индекс апноэ-гипопноэМ1 — 1 стадия ФМСМ2 — 2 стадия ФМСМ3 — 3 стадия ФМСМ4 — 4 стадия ФМСМАП — межартефактный периодМКР — межквартильный размахМПИ — межпиковый интервалНДВС — нарушения дыхания во время снаПБ — периоды бодрствованияПНС — парасимпатическая нервная системаППЭ — плотность потока энергииПОМ — пульсоксиметрияПС — поверхностный сонРИП — респираторная индуктивная плетизмография5СО — стандартное отклонениеСНС — симпатическая нервная системаТПА — тонус периферических артерийФБС — фаза быстрого снаФМС — фаза медленного снаФПГ — фотоплетизмографиябФПГ — бесконтактная ФПГЦНС — центральная нервная системаЧД — частота дыханияЧСС — частота сердечных сокращенийЭКГ — электрокардиографияЭЭГ — электроэнцефалографияЭОГ — электроокулографияЭМГ — электромиографияAASM — American Academy of Sleep MedicineACC — точность, доля правильных ответовDSM-5 — Diagnostic and Statistical Manual of Mental Disorders – fiftheditionIG — информационный прирост (Information Gain)ICSD-3 — International Classification of Sleep Disorders – third edition — каппа КоэнаR&K — Rechtschaffen and KalesSEN — чувствительностьSPC — специфичность6ВведениеНарушения сна широко распространены в общей популяции ичасто остаются недиагностированными.
Так, инсомния, в зависимости отиспользуемой методологии исследования, отмечается у 6–48% популяции [1],а обструктивное апноэ сна наблюдается у 1–5% женщин и 3–8% мужчин [2],при этом около 80% случаев апноэ так и остаются недиагностированными [3].Согласно Европейскому социальному исследованию, 25% населения России ввозрасте 41–65 лет отмечают у себя наличие беспокойного сна, а доля людейстарше 65 лет с симптомами инсомнии составляет 50% [4].Помимо широкой встречаемости, нарушения сна, сопровождаясьпоявлением дневной сонливости, значительно увеличивают риск несчастныхслучаев [5] и ДТП [6; 7], что обусловливает социальную значимость этойгруппы патологических состояний. Кроме того, снижение продолжительностии качества сна в краткосрочной перспективе влияет на самочувствие,работоспособность, дневную сонливость и усталость, а в долгосрочной —повышает риск возникновения сердечно-сосудистых заболеваний, ожирения,сахарного диабета и депрессии [8].Структура сна является ключевым измеряемым диагностическимпоказателем при определении нарушений сна.
«Золотым стандартом»определения структуры сна является полисомнография (ПСГ), по результатамкоторойврач,визуальноанализируяэлектроэнцефалограмму(ЭЭГ),электроокулограмму (ЭОГ) и электромиограмму (ЭМГ), классифицируеткаждую эпоху (30-секундный интервал записи) как период бодрствования(ПБ), фазу быстрого сна (ФБС) или одну из стадий фазы медленного сна(ФМС).7Согласнопересмотра,Международнойинсомнияклассификацииопределяетсякакнарушенийнарушениесна3-гоинициацииилиподдержания сна, происходящее не менее 3 раз в неделю в течение неменее чем 3 месяцев.
На настоящий момент для оценки наличия инсомнии ивыраженности её симптомов применяются опросники и дневники сна. Однако,в многочисленных исследованиях показано, что способности человека кобъективной оценке сна ограничены, и в большинстве случаев субъективнаяоценка сна значительно отличается от объективных показателей [9; 10].В некоторых случаях это приводит к парадоксальной инсомнии, когда,несмотря на то что объективно измеренные продолжительность и структурасна соответствуют норме, пациент сообщает о трудностях в инициации иподдержании сна.
В клинической практике также применяются и объективныеметоды оценки продолжительности и структуры сна — ПСГ и актиграфия.Однако ПСГ, в силу высокой трудоёмкости и стоимости, неприменима длядлительной оценки структуры сна, в то время как актиграфия позволяеттолько отделить сон от бодрствования.Использование устройств для длительного мониторинга структурысна представляет интерес не только для диагностики инсомнии идругих нарушений сна, но также для профилактики, что особенноактуально в группах высокого риска, и контроля эффективности терапии.Кроме того, подобный мониторинг может помочь в организации режимасна-бодрствования, увеличить внимание пациента к своему здоровью имотивировать его на соблюдение гигиены сна.
Согласно опросу [11], 35%врачей хотели бы иметь возможность длительного мониторинга структурысна своих пациентов на дому, что лишь немногим менее доли врачей(36%), считающих полезным иметь возможность следить за количествомпотреблённых пациентами калорий.Такимобразом,существуетпотребностьвинструментахдлядлительного мониторинга структуры сна как здоровых людей, с целью8профилактики и соблюдения гигиены сна, так и людей с нарушениямисна, для диагностики, отслеживания динамики заболевания и коррекциитерапии. В связи с этим, разработка средств для длительного автоматическогоопределения структуры сна является актуальной задачей.Цельюдиссертационнойработыявляетсяразработкапрограммного-аппаратного комплекса для длительного автоматическогоопределения структуры сна человека.Для достижения поставленной цели были сформулированы и решеныследующие задачи:1) исследование и обоснование выбора физиологических сигналов, наоснове анализа которых будет определяться структура сна, и методаих регистрации;2) разработка комплекса алгоритмов определения структуры сначеловека;3) разработкабиотехническойсистемы(БТС)длядлительногоавтоматического определения структуры сна человека;4) доклиническое исследование эффективности разработанных средстви методов.Методы исследованияПоставленные задачи решались на основе теории биотехническихсистем, методов цифровой обработки сигналов, теории машинного обучения,теории вероятности и математической статистики.Основные положения, выносимые на защиту:1.
Характеристики
Тип файла PDF
PDF-формат наиболее широко используется для просмотра любого типа файлов на любом устройстве. В него можно сохранить документ, таблицы, презентацию, текст, чертежи, вычисления, графики и всё остальное, что можно показать на экране любого устройства. Именно его лучше всего использовать для печати.
Например, если Вам нужно распечатать чертёж из автокада, Вы сохраните чертёж на флешку, но будет ли автокад в пункте печати? А если будет, то нужная версия с нужными библиотеками? Именно для этого и нужен формат PDF - в нём точно будет показано верно вне зависимости от того, в какой программе создали PDF-файл и есть ли нужная программа для его просмотра.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
