Л.Н. Анищенко1, В.С. Лобанова2, И.А. Давыдова3, Е.А. Иванисова4, Л.С. Коростовцева5, М.В. Бочкарев6, Ю.В. Свиряев7, А.С. Бугаев8

1 НПКЦ диагностики и телемедицины ДМЗ (Москва, Россия)

1–4 МГТУ им. Н.Э. Баумана (Москва, Россия)

5–7 ФГБУ «Национальный медицинский исследовательский центр имени В.А. Алмазова»  Минздрава России (Санкт-Петербург, Россия)

8 Московский физико-технический институт (национальный исследовательский университет)  (г. Долгопрудный, Московская обл., Россия)

Постановка проблемы. Хороший сон жизненно важен для поддержания физического и психологического здоровья человека. В настоящее время в клинической практике для выявления нарушений сна используется метод полисомнографии, который является дорогостоящим и трудоемким, а также некомфортным для пациента. Поэтому остается актуальной проблема создания точных, надежных и удобных для испытуемого методов оценки качества сна, а также выявления и мониторинга различных нарушений сна, которые смогут обеспечить естественные и комфортные условия для пациента. Одним из таких методов является биорадиолокация, позволяющая выявлять нарушения сна на основе вариабельности паттерна дыхания спящего человека. Однако в силу того, что амплитуда движений грудной клетки при дыхании в различных направлениях отличается на порядок, качество принимаемого биорадиолокатором (БРЛ) сигнала в течение сна также варьируется в зависимости от ориентации спящего человека относительно БРЛ. Чтобы преодолеть эту проблему, предлагаем комбинированное использование двух БРЛ, ориентированных относительно спящего человека под разными углами.

Цель работы – разработка биорадиолокационной системы, обеспечивающей надежную регистрацию паттерна дыхания спящего человека для различных положений испытуемого во сне.

Результаты. При проведении экспериментов были использованы два монохроматических БРЛ «БиоРАСКАН-24», расположенные под углом 90° друг к другу. В данной работе использованы биорадиолокационные данные, зарегистрированные для семи добровольцев, проходивших полисомнографическое исследование в ФГБУ «НМИЦ им. В. А. Алмазова» Минздрава России в 2020 г. На протяжении ночи для каждого испытуемого велась параллельная регистрация биорадиолокационных сигналов и полисомнографических данных с помощью системы Embla N7000 (Natus Neurology Inc., USA). Для выделения из биорадиолокационного сигнала паттерна дыхания и оценки частоты дыхания спящего человека был разработан алгоритм. Для оценки точности предложенного алгоритма было проведено сравнение частот дыхания, рассчитанных для каждой 30секундной эпохи по биорадиолокационным данным с аналогичными параметрами, рассчитанными по сигналу абдоминального поясного датчика полисомногорафии. Эффективность предложенного алгоритма оценивалась по точности и средней абсолютной ошибке. Полученные для семи добровольцев результаты показали, что разработанная двухканальная биорадарная система оказалась более точной и надежной, чем одиночный биорадар.

Практическая значимость. В ходе дальнейших исследований предполагается расширить базу данных, включив в нее данные добровольцев не только с нарушением дыхания во сне, но и с другими нарушениями сна. Хотя данная работа выполнена с привлечением только семи добровольцев, тем не менее она является важным шагом на пути к созданию надежной независимой от угла наблюдения биорадиолокационной системы для оценки частоты дыхания во время сна.

Анищенко Л.Н., Лобанова В.С., Давыдова И.А., Иванисова Е.А., Коростовцева Л.С., Бочкарев М.В., Свиряев Ю.В., Бугаев А.С. Мониторинг паттерна дыхания человека во сне при помощи двухканального биорадиолокатора // Биомедицинская радиоэлектроника. 2021. Т. 24. № 5. С. 47–58. DOI: 10.18127/j15604136-202105-06

1. The International Classification of Sleep Disorders, Diagnostic and Coding Manual. American Academy of Sleep Medicine. 3-rd ed. Darien: American Academy of Sleep Medicine, 2014. 
2. Bixler E.O., Kales A., Soldatos C.R. et al. Prevalence of sleep disorders in the Los Angeles metropolitan area // American Journal of Psychiatry. 1979. V. 136(10). P. 1257–1262. DOI: 10.1176/ajp.136.10.1257 
3. Colten H.R., Altevogt B. Sleep Disorders and Sleep Deprivation: An Unmet Public Health Problem. Washington, D.C.: The National Academies Press, 2006. DOI: 10.17226/11617 
4. Dregan A., Amstrong D. Cross-country variation in sleep disturbance among working and older age groups: an analysis based on the European Social Survey // International psychogeriatrics. 2011. V. 23. № 9. P. 1413–1420. 
5. Khan M.S., Aouad R. The Effects of Insomnia and Sleep Loss on Cardiovascular Disease // Sleep Medicine Clinics. 2017. V. 12(2). P. 167–177. DOI: 10.1016/j.jsmc.2017.01.005 
6. Kalmbach D.A., Pillai V. et al. DSM-5 Insomnia and Short Sleep: Comorbidity Landscape and Racial Disparities // Sleep. 2016.  V. 39(12). P. 2101–2111. DOI: 10.5665/sleep.6306 
7. Grandner M.A., Alfonso-Miller P., Fernandez-Mendoza J. et al. Sleep: Important Considerations for the Prevention of Cardiovascular Disease // Current Opinion in Cardiology. 2016. V. 31(5). P. 551–565. DOI: 10.1097/HCO.0000000000000324 
8. De Almondes K.M., Costa M.V. et al. Insomnia and Risk of Dementia in Older Adults: Systematic Review and Meta-analysis // Journal of Psychiatric Research. 2016. V. 77. P. 109–115. DOI: 10.1016/j.jpsychires.2016.02.021 
9. Ruel S., Ivers H., Savard M.H., et al. Insomnia, immunity, and infections in cancer patients: Results from a longitudinal study // Health Psychology. 2020. V. 39(5). P. 358–369. DOI:10.1037/hea0000811 
10. Irwin M.R., Opp M.R. Sleep Health: Reciprocal Regulation of Sleep and Innate Immunity // Neuropsychopharmacology. 2017.  V. 42(1). P. 129–155. DOI: 10.1038/npp.2016.148 
11. Besedovsky L., Lange T., Haack M. The Sleep-Immune Crosstalk in Health and Disease // Physiological Reviews. 2019. V. 99(3).  P. 1325–1380. DOI: 10.1152/physrev.00010.2018 
12. Kalmbach D.A., Kingsberg S.A., Roth T. et al. Sexual function and distress in postmenopausal women with chronic insomnia: exploring the role of stress dysregulation // Nature and Science of Sleep. 2019. V. 11. P. 141–153. DOI:10.2147/NSS.S213941 
13. Cho J.W., Duffy J.F. Sleep, Sleep Disorders, and Sexual Dysfunction // The World Journal of Men’s Health. 2019. V. 37(3). P. 261– 275. DOI: 10.5534/wjmh.180045 
14. Chu C., Hom M.A., Rogers M.L. et al. Is Insomnia Lonely? Exploring Thwarted Belongingness as an Explanatory Link between Insomnia and Suicidal Ideation in a Sample of South Korean University Students // Journal of Clinical Sleep Medicine. 2016.  V. 12(5). P. 647–652. DOI: 10.5664/jcsm.5784 
15. Wong M.M., Brower K.J., Craun E.A. Insomnia Symptoms and Suicidality in the National Comorbidity Survey – Adolescent Supplement // Journal of Psychiatric Research. 2016. V. 81. P. 1–8. DOI: 10.1016/j.jpsychires.2016.06.004 
16. Fernandez-Mendoza J. The Insomnia with Short Sleep Duration Phenotype: an Update on Its Importance for Health and Prevention. Current Opinion in Psychiatry // January 2017. V. 30. № 1. P. 56–63. DOI: 10.1097/YCO.0000000000000292
17. Choi J.-W., Song J.S., Lee Y.L. et al. Increased Mortality in Relation to Insomnia and Obstructive Sleep Apnea in Korean Patients Studied with Nocturnal Polysomnography // Journal of Clinical Sleep Medicine. 2017. V. 13(1). P. 49–56. DOI: 10.5664/jcsm.6386
18. Bianchi M.T., Goparaju B., Moro M. Sleep Apnea in Patients Reporting Insomnia or Restless Legs Symptoms // Acta Neurologica Scandinavica. 2016. V. 133(1). P. 61–37. DOI: 10.1111/ane.12439
19. Kalmbach D.A., Pillai V. et al. DSM-5 Insomnia and Short Sleep: Comorbidity Landscape and Racial Disparities // Sleep. 2016.  V. 39(12). P. 2101–2111. DOI: 10.5665/sleep.6306
20. Sieminski M., Partine M. A Relationship between Periodic Limb Movements in Sleep and High Nocturnal Blood Pressure Values in Patients with Insomnia // Journal of Clinical Sleep Medicine. 2016. Vol. 12(6). P. 865–869. DOI: 10.5664/jcsm.5888
21. Ranjbaran Z., Keefer, L., Stepanski E. et al. The relevance of sleep abnormalities to chronic inflammatory conditions // Inflamm. 2007. Res. 56, P. 51–57.
22. Tufik S., Gozal D., Ishikura I.A., Pires G.N., Andersen M.L. Does obstructive sleep apnea lead to increased risk of COVID-19 infection and severity // J. Clin Sleep Med. 2020. V. 16(8). P. 1425–1426.
23. Ardakani S. K., Maroufi A., Shams-Alizadeh N., Khazaie S. Covid-19 disease and sleep disorders: a bidirectional relationship // Scandinavia Journal of Sleep Medicine. 2021. V. 1(1).
24. Anishchenko L. et.al. Application of step-frequency radars in medicine // Proceedings of SPIE 9077 Radar Sensor Technology XVIII. 2014. V. 90771N.
25. Baboli M., Singh A., Soll B., Boric-Lubecke O., Lubecke V. M. Wireless Sleep Apnea Detection Using Continuous Wave Quadrature Doppler Radar // In IEEE Sensors Journal. 2020. V. 20. № 1. P. 538–545. 1 Jan.1.
26. Kagawa M., Ueki K., Tojima H., Matsui T. Noncontact screening system with two microwave radars for the diagnosis of sleep apnea-hypopnea syndrome // 2013 35th Annual International Conference of the IEEE Engineering in Medicine and Biology Society (EMBC), Osaka. 2013. P. 2052–2055.
27. Chung K. Y., Song K., Shin K., Sohn J., Cho S. H., Chang J. H. Noncontact sleep study by multi-modal sensor fusion // Sensors. 2017. V. 17(7). P. 1685.
28. Anishchenko L.N., Zhuravlev A.V., Razevig V.V., Chizh M.A. Low-cost portable bioradar system for fall detection // In 2019 PhotonIcs & Electromagnetics Research Symposium-Spring (PIERS-Spring). P. 3566–3570. June 2019.
29. Evteeva K., Turetskaya A., Anishchenko L. Sensing of Human Breathing and Heart Beating at Different Orientation Angles by CW Doppler Radar // Proc. of Int. Conf. USBEREIT IEEE 2019. Ekaterinburg, Russia, April 25–26. 2019. P. 36–39.