Диссертация (1026108), страница 14
Текст из файла (страница 14)
каждая эпоха описывается её нормализованным индексом в циклеи номером цикла, которые используются для оценки априорныхвероятностейпринадлежностиэпохикклассамспомощьюматематической модели;7. априорные вероятности совместно с вероятностями, оценённымивторымклассификаторомLDA,используютсявкачествепризнакового описания для третьей классификации с помощьюнейронной сети, которая определяет принадлежность эпохи к классу;8. наосновеитоговойструктурыснапроисходитпостроениегипнограммы и расчёт параметров структуры сна.Полученныерезультаты(Рис.4.15,Таблица22)неуступаютпредставленным в литературе работам, в том числе тем из них, в которыхиспользовались контактные датчики для регистрации ВСР и дыхательныхдвижений.112Рис. 4.15. Сравнение полученных результатов с представленными влитературеТаблица 22.Сравнение полученных результатов с представленными в литературеПервый автор, год1.
Isa, 2011 [132]2. Hedner, 2011 [131]СигналыЭКГТПА, ПОМ,АКТ3. Fonseca, 2015 [65]ЭКГ, РИП4. Long, 2014a [61]РИП5. Long, 2014b [67]РИП6. Zaffaroni, 2014 [83]БРЛ7. Данная работаБРЛ8. Shambroom [87]ЭЭГ9. Shambroom [87]ПСГКол-воисп.Кол-вопризн.КаппаКоэна162279–0,260,4848484840322626802627–23––0,49 ± 0,130,38 ± 0,140,41 ± 0,140,470,50 ± 0,110,610,74На Рис. 4.16 представлены гипнограммы, построенные разработаннымалгоритмом на основе бесконтактного БРЛ мониторинга и врачом на основеПСГ для испытуемого с инсомнией.
В Таблице 23 представлены параметрыструктуры сна для испытуемого с инсомнией, рассчитанные по построеннымгипнограмм.На Рис. 4.17 представлены гипнограммы, построенных разработаннымалгоритмом на основе бесконтактного БРЛ мониторинга и врачом на основе113Рис. 4.16. Сравнение гипнограмм, построенных алгоритмом на основе БРЛмониторинга и врачом на основе ПСГ для испытуемого с инсомниейТаблица 23.Параметры структуры сна для испытуемого с инсомниейПСГБРЛОбщее время анализа, мин.469Период сна (ПСн), мин.408,5 408ПБ после начала сна, мин.142130Общее время сна (ОВС), мин.273278Эффективность сна, %58,2 59,3Количество пробуждений2518Латентность к ПС, мин.54,554Латентность к ГС, мин.74,5 84,5Латентность к ФБС от начала сна, мин.
50,552ПБмин.196191% от ПСн33,3 32,0ФБС мин.64,5 89,5% от ПСн15,8 21,9% от ОВС23,6 32,2ПС мин.147 123,5% от ПСн36,0 30,3% от ОВС53,8 44,4ГСмин.61,565% от ПСн15,1 15,9% от ОВС22,5 23,4ПСГ для испытуемого без инсомнии. В Таблице 24 представлены параметрыструктуры сна для испытуемого без инсомнии, рассчитанные по построеннымгипнограмм.Согласно построенной алгоритмом гипнограммы, эффективность снадля больного инсомнией составляет 59,3% (58,2% по ПСГ), а общее время114Рис. 4.17. Сравнение гипнограмм, построенных алгоритмом на основе БРЛмониторинга и врачом на основе ПСГ для испытуемого без инсомнииТаблица 24.Параметры структуры сна для испытуемого без инсомнииПСГБРЛОбщее время анализа, мин.504Период сна (ПСн), мин.455 458,5ПБ после начала сна, мин.727,5Общее время сна (ОВС), мин.448 431,5Эффективность сна, %88,8 85,4Количество пробуждений812Латентность к ПС, мин.49,5 45,5Латентность к ГС, мин.8692Латентность к ФБС от начала сна, мин.
7987,5ПБмин.5773,5% от ПСн1,56,0ФБС мин.105,5 87,5% от ПСн23,2 19,1% от ОВС23,5 20,3ПС мин.272258% от ПСн59,8 56,3% от ОВС60,7 59,8ГСмин.70,586% от ПСн15,5 18,8% от ОВС15,7 19,9сна — 278 мин. (273 мин. по ПСГ). Данные показатели для практическиздорового испытуемого составляют 85,4% (88,8% по ПСГ) и 431,5 мин. (448мин. по ПСГ) соответственно, что позволяет сделать вывод о возможностиопределения инсомнии на основе БРЛ мониторинга структуры сна.1154.6Разработка требований к биотехнической системе длительногобесконтактного мониторинга структуры сна человекаСхема БТС длительного бесконтактного мониторинга структуры сначеловека, разработанная в диссертационном исследовании, представлена наРис. 4.18.Рис. 4.18.
БТС биорадиолокационного мониторинга снаБТС состоит из биообъекта (БО), аппаратной и программной части АПК,сервера и врача.116БО — человек, находящийся в кровати во время сна или спокойногободрствования.Аппаратная часть представляет собой биорадар и состоит из следующихэлементов:1. МК — микроконтроллер, обеспечивает управление передатчиком иприёмником;2. опорныйгенератор — кварцевыйгенераторсинхронизирующийработу передатчика и приёмника;3. передатчик — формирует зондирующий сигнал;4. приёмник — принимает сигнал, модулированный движениями груднойклетки и других частей тела и органов БО, и обеспечивает выделениеквадратурных компонент сигнала;5. выходноеустройство — обеспечиваетусилениеквадратурныхкомпонент принятого сигнала, удаление постоянной составляющей ивысокочастотных помех;6. АЦП — аналогово-цифровойпреобразовательобеспечивающийоцифровку квадратурных составляющих;7.
USB — обеспечиваетпередачуоцифрованныхквадратурныхкомпонент на вычислительное устройство.Программная часть состоит из следующих элементов:1. программа записи сигнала — обеспечивает сохранение в файлоцифрованных квадратурных компонент полученных с аппаратнойчасти;2. программа обработки данных — обеспечивает определение структурысна на основе анализа записанных сигналов и передачу информациио структуре сна на сервер.Сервер обеспечивает хранение результатов мониторинга структуры снаи предоставляет интерфейс для их просмотра врачом.117Данная БТС принадлежит к классу диагностических устройств,основанныхнафизическихметодахисследования,иотноситсякэлектромагнитным техническим устройствам.ПорезультатаманализаБТСсформулированыосновныемедико-технические требования предъявляемые к разрабатываемой БТС.Требованиякокружающейобстановке:отсутствиедругихдвижущихся объектов в зоне действия биорадара, кроме испытуемого.Требования к БО: наличие БО в зоне действия радара; отсутствиезаболеванийуБО,способныхзначимоизменятьпаттернсигнала,регистрируемого биорадаром; возраст 18 и более лет.Наличие требований к возрасту обусловлено тем, что паттерн снау детей, в особенности младенческого возраста, отличается от взрослого.Кроме того, к безопасности аппаратуры, предназначенной для работы сдетьми, предъявляются более жёсткие требования.
Возможность примененияразработанной БТС для мониторинга сна детей требует дополнительныхисследований, выходящих за рамки диссертационной работы.Заболевания, способные значимо изменять паттерн сигнала, включают,нонеограничиваются:НДВС;синдромпериодическихдвиженийконечностей; полинейропатии с вовлечением нейронов, участвующих врегуляции и контроле дыхания; нейромышечные заболевания с вовлечениемдыхательной мускулатуры; тяжёлые варианты дыхательной астмы и другиебронхообструктивные заболевания; тяжёлая сердечная недостаточность,сопровождающаяся тахипноэ или другими нарушениями дыхания; тяжёлыеинфекционные заболевания; тяжёлые формы сердечной, почечной ипечёночной недостаточности; нарушения сознания.
Возможность применениеБРЛ мониторинга для определения структуры сна у людей с наличием данныхзаболеваний в литературе не рассматривалась и требует дополнительныхисследований, которые выходят за рамки диссертационной работы.118Требованиякоператору:отсутствиетребованийкналичиюспециальных знаний и навыков у оператора. Поскольку АПК предназначендля длительного мониторинга сна в домашних условиях, пациент долженсамостоятельно выступать в роли оператора АПК, а значит требования кспециальным знаниям и навыкам предъявляться не должны.Требования к частотному диапазону: 5830–5925 МГц. Данныйдиапазонпозволяетрегистрироватьперемещениягруднойклеткиво время дыхания, а также является нелицензируемым диапазономрадиочастот, предназначенным для промышленных, научных и медицинскихприменений, согласно решению Комиссии по вопросам регулированияиспользования радиочастотного спектра и электромагнитной совместимостирадиоэлектронных средств Регионального содружества в области связи [159].Требования к уровню электромагнитного излучения: ППЭ не должнапревышать 10 мкВт/см2 на расстоянии 0,5 м от раскрытия антенны.Допустимые уровни электромагнитного излучения на территории РоссийскойФедерации регулируются санитарными правилами и нормами (СанПин).
Так,СанПин 2.2.4/2.1.8.055-96 «Электромагнитные излучения радиочастотногодиапазона» устанавливает следующие предельно допустимые уровни ППЭдля электромагнитного излучения в диапазоне частот от 300 МГц до 300 ГГц:– 25 мкВт/см2 для рабочих мест при продолжительности воздействия8 ч. и более;– 10 мкВт/см2 для рабочих мест на которых работают лица младше18 лет или женщины в состоянии беременности, территорий жилойзастройки и мест массового отдыха.Межгосударственный СанПиН 001-96 «Санитарные нормы допустимыхуровнейфизическихфакторовприприменениитоваровнародногопотребления в бытовых условиях» определяет предельно допустимыйуровень ППЭ = 10 мкВт/см2 для товаров народного потребления приизмерении данного значения на расстоянии в 0,5 м от корпуса изделия.119Требования к расположению АПК относительно БО: АПК долженрасполагаться на расстоянии 0,5–3,0 м.
от БО, антенны должны бытьнаправлены на торс БО.Требования к точности распознавания структуры сна: точностьопределения структуры сна при выделении 4 стадий (ПБ–ФБС–ПС–ГС),оцененная с помощью каппы Коэна, при сравнение с результатами ПСГ,должна составлять не менее 0,50.4.7Выводы по главе 41. Проведены экспериментальные исследования по совместной регистрацииБРЛ сигналов и ПСГ для 32 добровольцев.2. Исследование различных методов определения артефактов на БРЛ сигналепоказало, что наиболее эффективным является использования энергиисигнала.3. РазработаналгоритмидентифицироватьпредобработкидыхательныеБРЛциклысигналов,спозволяющийточностью96%ичувствительностью 98% на длительных записях БРЛ мониторинга сна.4.
Обоснован набор признаков, описывающих эпоху сна, состоящий изхарактеристик двигательной активности, спектральных характеристик,характеристикдыхательныхциклов,характеристикрегулярностидыхательного паттерна.5. Исследование различных методов классификации показало, что наиболееэффективным является использование алгоритма XGBoost.6. Апробированы методы учёта особенностей структуры сна человека,позволяющие повысить качество определения структуры сна как дляпрактически здоровых испытуемых, так и для испытуемых с инсомнией.1207. Разработана БТС, обеспечивающая определение структуры сна со среднимкачеством 0,5 каппы Коэна по сравнению с ПСГ, как для практическиздоровых испытуемых, так и для испытуемых с инсомнией.8.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
