RU167288U1 - DEVICE FOR AUTOMATED DETERMINATION OF SLEEP STRUCTURE - Google Patents
DEVICE FOR AUTOMATED DETERMINATION OF SLEEP STRUCTURE Download PDFInfo
- Publication number
- RU167288U1 RU167288U1 RU2016127253/14U RU2016127253U RU167288U1 RU 167288 U1 RU167288 U1 RU 167288U1 RU 2016127253/14 U RU2016127253/14 U RU 2016127253/14U RU 2016127253 U RU2016127253 U RU 2016127253U RU 167288 U1 RU167288 U1 RU 167288U1
- Authority
- RU
- Russia
- Prior art keywords
- output
- block
- signal
- input
- radar
- Prior art date
Links
Images
Classifications
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/05—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves
- A61B5/0507—Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves using microwaves or terahertz waves
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/103—Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
- A61B5/11—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
- A61B5/113—Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
-
- A—HUMAN NECESSITIES
- A61—MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
- A61B—DIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
- A61B5/00—Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
- A61B5/48—Other medical applications
- A61B5/4806—Sleep evaluation
- A61B5/4812—Detecting sleep stages or cycles
Abstract
Устройство для автоматизированного определения структуры сна, содержащее биорадиолокатор, отличающееся тем, что биорадиолокатор представляет собой радар ближнего радиуса действия с непрерывным сигналом и квадратурным детектором, выход биорадиолокатора подключен к входу блока первичной фильтрации биорадиолокационных сигналов, его выход соединен с входом блока определения артефактов, выход которого соединен с входом блока выбора межартефактных периодов, соединенным с входом блока устранения переворота фазы, который соединен с входом блока нормализации межартефактных периодов, выход которого соединен с блоком фильтрации сигнала дыхания и блоком фильтрации сигнала сердцебиения, выход блока фильтрации сигнала дыхания соединен с блоком определения дыхательных циклов и их параметров, выход которого соединен с входом блока извлечения признаков сигнала дыхания, выход блока фильтрации сигнала сердцебиения соединен выходом блока определения сердечных сокращений, а его выход соединен с входом блока извлечения признаков сигнала сердцебиения, сигнал с которого и сигнал с блока извлечения признаков сигнала дыхания поступают на вход блока нормализации признаков, выход которого соединен с входом блока первичной классификации, соединенного с входом блока вторичной классификации, сигнал с которого поступает на блок сопряжения с устройством вывода.A device for the automated determination of sleep patterns, containing a bio-radar, characterized in that the bio-radar is a short-range radar with a continuous signal and a quadrature detector, the output of the bio-radar is connected to the input of the primary filtering unit for bio-radar signals, its output is connected to the input of the artifact detection unit, the output of which connected to the input of the block between the artifact periods, connected to the input of the phase reversal elimination unit, which is connected to the input m block normalization of artefact periods, the output of which is connected to the filter block of the respiratory signal and the filter block of the heartbeat signal, the output of the filter block of the respiratory signal is connected to the block for determining respiratory cycles and their parameters, the output of which is connected to the input of the block for extracting signs of the respiratory signal, the output of the signal filter block the heartbeat is connected by the output of the heart rate determination unit, and its output is connected to the input of the heartbeat signal extraction unit, the signal from which is the signal from the block of extraction of signs of a breathing signal, they are fed to the input of the block of normalization of signs, the output of which is connected to the input of the primary classification block connected to the input of the secondary classification block, the signal from which is fed to the interface with the output device.
Description
Область техникиTechnical field
Полезная модель относится к медицинской технике и может быть использована для автоматизированного определения структуры сна.The utility model relates to medical equipment and can be used to automatically determine the structure of sleep.
Уровень техникиState of the art
Из предшествующего уровня техники известно применение биорадаров для регистрации движений и кардиореспираторной активности (US 2012/0022348 A1, опубл. 26.01.2012; RU 2463949, опубл. 20.10.2012 г.; WO 2008057883 A3, опубл. 31.07.2007), а также устройство для распознавания паттернов биорадиолокационного сигнала (RU 142167 U1, опубл. 20.06.2014), но данные технические решения непосредственно не предназначены для определения структуры сна.From the prior art it is known to use bioradars for detecting movements and cardiorespiratory activity (US 2012/0022348 A1, publ. 01/26/2012; RU 2463949, publ. 20.10.2012; WO 2008057883 A3, publ. 31.07.2007), as well as a device for recognizing patterns of a bio-radar signal (RU 142167 U1, publ. 06/20/2014), but these technical solutions are not directly intended to determine the structure of sleep.
Наиболее близким к заявленному техническому решению является изобретение по патентной заявке США US 20140088373 SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING SLEEP STAGE (МПК A61B 5/00; A61B 5/11, опубл. 27.03.2014), описывающее определение структуры сна с использованием сенсора, регистрирующего дыхание и движение, в качестве сенсора может использоваться, в том числе, и биорадар.Closest to the claimed technical solution is the invention according to US patent application US 20140088373 SYSTEM AND METHOD FOR DETERMINING SLEEP STAGE (IPC A61B 5/00; A61B 5/11, published 03/27/2014), which describes the determination of sleep patterns using a sensor that records breathing and movement, as a sensor can be used, including bioradar.
Указанное изобретение обладает следующими недостатками: не используются данные о сердечных сокращениях спящего; признаки ограничены частотой дыхательных движений, амплитудой дыхательных движений, длительностью периодов движения, спектральной плотностью мощности частот дыхания и амплитуд дыхания, энтропией подобия; в случае использования биорадара необходимо определять приблизительное расстояние между биорадаром и пользователем для выставления строба дальности.The specified invention has the following disadvantages: data on the heart rate of the sleeping person are not used; signs are limited by the frequency of respiratory movements, the amplitude of the respiratory movements, the duration of the periods of movement, the spectral density of the power of the frequencies of respiration and amplitudes of respiration, the entropy of similarity; in the case of using a bioradar, it is necessary to determine the approximate distance between the bioradar and the user to set the range gate.
Раскрытие полезной моделиUtility Model Disclosure
Задача, на решение которой направлено заявленное техническое решение, заключается в повышении качества распознавания структуры сна на основе биорадиолокационного мониторинга.The problem to which the claimed technical solution is directed is to improve the quality of sleep pattern recognition based on bio-radar monitoring.
Техническим результатом является улучшенное качество определения структуры сна на основе биорадиолокационного мониторинга.The technical result is an improved quality of determining the structure of sleep based on bio-radar monitoring.
Результат обеспечивается тем, что устройство для автоматизированного определения структуры сна содержит биорадиолокатор, который представляет собой радар ближнего радиуса действия с непрерывным сигналом и квадратурным детектором, выход биорадиолокатора подключен к входу блока первичной фильтрации биорадиолокационных сигналов, его выход соединен с входом блока определения артефактов, выход которого соединен с входом блока выбора межартефактных периодов, соединенным с входом блоком устранения переворота фазы, который соединен с входом блока нормализации межартефактных периодов, выход которого соединен с блоком фильтрации сигнала дыхания и блоком фильтрации сигнала сердцебиения, выход блока фильтрации сигнала дыхания соединен с блоком определения дыхательных циклов и их параметров, выход которого соединен с входом блока извлечения признаков сигнала дыхания, выход блока фильтрации сигнала сердцебиения соединен выходом блока определения сердечных сокращений, а его выход соединен с входом блока извлечения признаков сигнала сердцебиения, сигнал с которого и сигнал с блока извлечения признаков сигнала дыхания поступают на вход блока нормализации признаков, выход которого соединен с входом блока первичной классификации, соединенного с входом блока вторичной классификации, сигнал с которого поступает на блок сопряжения с устройством вывода.The result is ensured by the fact that the device for the automated determination of the sleep structure contains a bio-radar, which is a short-range radar with a continuous signal and a quadrature detector, the output of the bio-radar is connected to the input of the primary filtering unit for bio-radar signals, its output is connected to the input of the artifact detection unit, the output of which connected to the input of the block of inter-artifact periods, connected to the input of the phase reversal elimination unit, which is connected to the house of the unit for normalizing the inter-artifact periods, the output of which is connected to the filtering unit for the respiratory signal and the filtering unit for the heartbeat signal, the output of the filtering unit for the respiratory signal is connected to the unit for determining respiratory cycles and their parameters, the output of which is connected to the input of the unit for extracting signs of the respiratory signal, the output of the signal filtering unit the heartbeat is connected by the output of the heartbeat detection unit, and its output is connected to the input of the heartbeat signal extraction unit, the signal from which and the signal l with a block feature extraction respiration signal received at the input unit normalization characteristics, whose output is connected to the input of the primary classification unit connected to the input of the secondary classification, the signal from which is fed to an output device for interfacing with the block.
Перечень фигурList of figures
Фиг. 1. Блок-схема устройства для бесконтактного определения структуры сна: 1 - биорадиолокатор; 2 - блок первичной фильтрации биорадиолокационных сигналов; 3 - блок определения артефактов; 4 - блок выбора межартефактных периодов; 5 - блок устранения переворота фазы; 6 - блок нормализации межартефактных периодов; 7 - блок фильтрации сигнала дыхания; 8 - блок определения дыхательных циклов и их параметров; 9 - блок фильтрации дыхательных циклов; 10 - блок извлечения признаков из сигнала дыхания; 11 - блок фильтрации сигнала сердцебиения; 12 - блок определения сердечных сокращений; 13 - блок фильтрации сердечных сокращений; 14 - блок извлечения признаков из сигнала сердцебиения; 15 - блок нормализации признаков; 16 - блок первичной классификации; 17 - блок вторичной классификации; 18 - блок сопряжения с устройством вывода, 19 - устройство вывода.FIG. 1. Block diagram of a device for non-contact determination of sleep structure: 1 - bioradar; 2 - block primary filtering bioradar signals; 3 - block definition of artifacts; 4 - block selection of artifact periods; 5 - block reversal phase reversal; 6 - block normalization of artifact periods; 7 - block filtering the breathing signal; 8 - unit for determining respiratory cycles and their parameters; 9 - block filtering respiratory cycles; 10 - block extraction of signs from a breathing signal; 11 - block filtering the heartbeat signal; 12 - block determining heart rate; 13 - block filtering heart rate; 14 - block extracting signs from a heartbeat signal; 15 - block normalization of signs; 16 - block primary classification; 17 - block secondary classification; 18 - block interface with the output device, 19 - output device.
Фиг. 2. Проведение мониторинга сна с помощью устройства одновременно с полисомнографическим исследованием.FIG. 2. Sleep monitoring using the device simultaneously with polysomnographic research.
Осуществление полезной моделиUtility Model Implementation
Нарушения сна широко распространены в популяции и часто остаются недиагностированными. Инсомния (бессонница) является одним из наиболее распространенных заболеваний, о проблемах с бессонницей сообщает ~30% взрослого населения, а о хронической инсомнии ~10%. Обструктивное апноэ, одно из нарушений дыхания во сне, отмечается у 9-21% женщин и 24-31% мужчин, при этом около 80% случаев апноэ так и остаются недиагностированными. Кроме того, нарушения сна значительно увеличивают риск несчастных случаев и дорожно-транспортных происшествий.Sleep disorders are widespread in the population and often remain undiagnosed. Insomnia (insomnia) is one of the most common diseases, ~ 30% of the adult population reports problems with insomnia, and ~ 10% about chronic insomnia. Obstructive apnea, one of the disorders of breathing in a dream, is observed in 9-21% of women and 24-31% of men, while about 80% of cases of apnea remain undiagnosed. In addition, sleep disturbances significantly increase the risk of accidents and traffic accidents.
Использование устройств для длительного мониторинга сна с целью объективной ежедневной оценки продолжительности, структуры и параметров сна, как и наличие нарушений дыхания во сне, представляет интерес как для ранней диагностики нарушений сна (что особенно актуально в группах высокого риска), так и для контроля эффективности терапии. Кроме того, подобный мониторинг может помочь в организации режима сна-бодрствования, увеличить внимание пациента к своему здоровью и мотивировать его на соблюдение гигиены сна. Объективная ежедневная оценка качества и продолжительности сна может помочь в организации режима сна-бодрствования, увеличить внимание пациента к своему здоровью, и мотивировать его на соблюдение гигиены сна.The use of devices for long-term monitoring of sleep with the goal of an objective daily assessment of the duration, structure and parameters of sleep, as well as the presence of respiratory disorders in a dream, is of interest both for the early diagnosis of sleep disorders (which is especially important in high-risk groups) and for monitoring the effectiveness of therapy . In addition, such monitoring can help in organizing a sleep-wakeful regime, increase the patient's attention to his health and motivate him to observe sleep hygiene. An objective daily assessment of the quality and duration of sleep can help in organizing a sleep-wake regimen, increase the patient’s attention to his health, and motivate him to observe sleep hygiene.
Таким образом, существует потребность в инструментах для длительного домашнего мониторинга сна как здоровых людей, с целью профилактики, так и людей с нарушениями сна, для отслеживания динамики заболевания и коррекции терапии.Thus, there is a need for tools for long-term home monitoring of sleep for both healthy people, for the purpose of prevention, and for people with sleep disorders, for monitoring the dynamics of the disease and correcting therapy.
Особый интерес представляет возможность мониторинга сна с помощью бесконтактных методов, которые могут обеспечить пациенту максимальный комфорт. Одним из таких методов является биорадиолокация (БРЛ). БРЛ - это метод дистанционного обнаружения и диагностики людей, основанный на модуляции радиолокационного сигнала колебательными движениями и перемещениями органов (сокращениями сердечной мышцы, поступательно-возвратными движениями грудной клетки при дыхании, и др.).Of particular interest is the ability to monitor sleep using non-contact methods that can provide the patient with maximum comfort. One of these methods is bioradiolocation (BRL). DRL is a method of remote detection and diagnosis of people, based on the modulation of the radar signal by vibrational movements and organ movements (contractions of the heart muscle, translational-recurrent movements of the chest during breathing, etc.).
Функционирование устройства для автоматизированного определения структуры сна заключается в следующем (фиг. 1): биорадиолокатор (1) представляет собой радар ближнего радиуса действия с непрерывным сигналом и квадратурным детектором. Биорадиолокатор (1) обеспечивает регистрацию колебательных движений и перемещений органов человека, а именно движений тела и конечностей, колебаний грудной клетки, вызванных дыхательными движениями и пульсациями сердца.The functioning of the device for the automated determination of sleep patterns is as follows (Fig. 1): a bioradar (1) is a short-range radar with a continuous signal and a quadrature detector. Bioradar radar (1) provides registration of vibrational movements and movements of human organs, namely the movements of the body and limbs, chest vibrations caused by respiratory movements and pulsations of the heart.
Выходом биорадиолокатора является от 2 до 16 оцифрованных сигналов. Каждый сигнал представляет собой I или Q квадратуру на определенной частоте. Таким образом, всего может быть использовано от 1 до 8 частот в заданном частотном диапазоне.The output of the bioradar is from 2 to 16 digitized signals. Each signal represents an I or Q quadrature at a specific frequency. Thus, a total of 1 to 8 frequencies can be used in a given frequency range.
Блок первичной фильтрации биорадиолокационных сигналов (2) обеспечивает полосовую фильтрацию цифровых сигналов, поступающих с радиолокатора, в диапазоне от 0.01 Гц до 5 Гц. Вход блока фильтрации биорадиолокационных сигналов (2) соединен с выходом биорадиолокатора (1), а выход блока соединен с блоком определения артефактов (3). Блок определения артефактов (3) обеспечивает определение артефактов, сравнивая следующие параметры или их подмножество, вычисленные с помощью скользящего окна, с пороговыми значениями: энергия сигнала; спектральная плотность мощности сигнала; энтропия сигнала; расстояние, вычисленное с помощью метода динамичной трансформации временной шкалы.The primary filtering unit for bio-radar signals (2) provides band-pass filtering of digital signals coming from the radar in the range from 0.01 Hz to 5 Hz. The input of the bio-radar signal filtering unit (2) is connected to the output of the bio-radar (1), and the output of the unit is connected to the artifact detection unit (3). The artifact detection unit (3) provides the definition of artifacts by comparing the following parameters or a subset of them, calculated using a sliding window, with threshold values: signal energy; signal power spectral density; signal entropy; distance calculated using the dynamic timeline transformation method.
Выход блока определения артефактов (3) соединен с блоком выбора межартефактных периодов (4). Блок выбора межартефактных периодов (4) обеспечивает переход от нескольких биорадиолокационных сигналов (2-16) к одному путем выбора одного биорадиолокационного сигнала для каждого из межартефактных периодов. Выбор осуществляется на основе сравнения следующих параметров биорадилокационных сигналов во время межартефактных периодов или их подмножества: энтропия сигнала, максимальная энергия сигнала, расстояние, вычисленное с помощью метода динамичного трансформирования времени.The output of the artifact definition block (3) is connected to the block for selecting artefact periods (4). The block for the selection of inter-artifact periods (4) provides a transition from several bio-radar signals (2-16) to one by selecting one bio-radar signal for each of the inter-artifact periods. The choice is made on the basis of comparing the following parameters of bio-radar signals during inter-artifact periods or a subset of them: signal entropy, maximum signal energy, distance calculated using the dynamic time transformation method.
Выход блока выбора межартефактных периодов (4) соединен блоком устранения переворота фазы (5). Блок устранения переворота фазы (5) обеспечивает одинаковую ориентацию дыхательных пиков на протяжении всей записи за счет переворота межартефактных периодов с некорректной ориентацией. Корректность ориентации межартефактных периодов определяется с помощью анализа высоты и ширины дыхательных пиков.The output of the block for the selection of inter-artifact periods (4) is connected by the phase reversal elimination block (5). The phase reversal elimination block (5) ensures the same orientation of the respiratory peaks throughout the recording due to the reversal of the artifact periods with an incorrect orientation. The correct orientation of the inter-artifact periods is determined by analyzing the height and width of the respiratory peaks.
Выход блока устранения переворота фазы (5) соединен с блоком нормализации межартефактных периодов (6). Блок нормализации межартефактных периодов (6) обеспечивает одинаковую среднюю амплитуду межартефактных периодов в течение записи. Нормализация осуществляется путем вычитания среднего значения сигнала в течении межартефактного периода и деления на стандартное отклонение сигнала в течении межартефактного периода. Выход блока нормализации межартефактных периодов (6) соединен с блоком фильтрации сигнала дыхания (7) и с блоком фильтрации сигнала сердцебиения (11).The output of the phase reversal elimination block (5) is connected to the normalization block of the artifact periods (6). The block of normalization of artifact periods (6) provides the same average amplitude of artifact periods during recording. Normalization is performed by subtracting the average signal value during the artifact period and dividing by the standard deviation of the signal during the artifact period. The output of the unit for normalizing the inter-artifact periods (6) is connected to the filtering unit of the respiratory signal (7) and to the filtering unit of the heartbeat signal (11).
Блок фильтрации сигнала дыхания (7) обеспечивает полосовую фильтрацию биорадиолокационного сигнала в диапазоне от 0,1 до 0,6 Гц. Выход блока фильтрации сигнала дыхания (7) соединен с блоком определения дыхательных циклов (ДЦ) и их параметров (8). Блок определения дыхательных циклов и их параметров (8) обеспечивает идентификацию каждого дыхательного цикла и следующих его параметров: координаты вершины, координаты начала дыхательного цикла, координаты конца дыхательного цикла, амплитуду и ширину. Выход блока определения дыхательных циклов и их параметров (8) соединен с блоком фильтрации дыхательных циклов (9). Блок фильтрации дыхательных циклов (9) обеспечивает удаление ложно определенных дыхательных циклов. Дыхательные циклы удаляются, если их амплитуда или ширина больше или меньше пороговых значений вычисленных на основе соседних дыхательных циклов.The respiratory signal filtering unit (7) provides band-pass filtering of the bio-radar signal in the range from 0.1 to 0.6 Hz. The output of the respiratory signal filtering unit (7) is connected to the unit for determining respiratory cycles (DC) and their parameters (8). The unit for determining the respiratory cycles and their parameters (8) provides identification of each respiratory cycle and its following parameters: the coordinates of the apex, the coordinates of the beginning of the respiratory cycle, the coordinates of the end of the respiratory cycle, amplitude and width. The output of the respiratory cycle determination unit and their parameters (8) is connected to the respiratory cycle filtration unit (9). The respiratory cycle filtration unit (9) removes falsely defined respiratory cycles. Respiratory cycles are deleted if their amplitude or width is greater than or less than the threshold values calculated based on neighboring respiratory cycles.
Выход блока фильтрации дыхательных циклов (9) соединен с блоком извлечения признаков из сигнала дыхания (10). Блок извлечения признаков из сигнала дыхания (10) обеспечивает извлечение признаков для каждой эпохи (30-секундного интервала сигнала). Признаки извлекаются на основе спектральной плотности мощности; частоты дыхания; энтропии шаблонов, аппроксимирующей энтропии; статистического описания параметров дыхательных циклов (среднее, стандартное отклонение, межквартильный размах, медиана амлитуд и ширин; и др.); схожесть паттерна дыхания эпохи с паттерном дыхания соседних эпох, оцененная с помощью динамичной временной и частотной шкал; стандартное отклонение корреляции ДЦ; респираторный объем и скорость потока во время вдохов, выдохов и полного ДЦ и др. Выход блока фильтрации дыхательных циклов (9) соединен с блоком нормализации признаков (15).The output of the respiratory cycle filtration unit (9) is connected to the feature extraction unit from the respiratory signal (10). The feature extraction unit from the breath signal (10) provides feature extraction for each epoch (30 second signal interval). Signs are derived based on the power spectral density; respiratory rate; entropy of patterns, approximating entropy; a statistical description of the parameters of the respiratory cycles (mean, standard deviation, interquartile range, median of amplitudes and widths, etc.); the similarity of the breathing pattern of the era with the breathing pattern of neighboring eras, estimated using a dynamic time and frequency scales; standard deviation of DC correlation; respiratory volume and flow rate during inspiration, exhalation, and full DC, etc. The output of the respiratory cycle filtration unit (9) is connected to the normalization unit for signs (15).
Блок фильтрации сигнала сердцебиения (11) обеспечивает полосовую фильтрацию биорадиолокационного сигнала в диапазоне от 0,7 до 2 Гц. Выход блока фильтрации сигнала сердцебиения (11) соединен с блоком определения сердечных сокращений (12). Блок определения сердечных сокращений (12) обеспечивает идентификацию сердечных сокращений и расстояний между ними (RR-интервалов). Вход блока определения сердечных сокращений (12) соединен с блоком фильтрации сигнала сердцебиения (11), а выход блока соединен с блоком фильтрации сердечных сокращений (13). Блок фильтрации сердечных сокращений (13) обеспечивает удаление RR-интервалов с длиной больше или меньше пороговых значений вычисленных на основе соседних RR-интервалов. Вход блока фильтрации сердечных сокращений (13) соединен с блоком определения сердечных сокращений (12), а выход блока фильтрации сердечных сокращений (13) соединен с блоком извлечения признаков из сигнала сердцебиения (14). Блок извлечения признаков из сигнала сердцебиения (14) обеспечивает извлечение признаков для каждой эпохи (30-секундного интервала сигнала). Признаки извлекаются на основе временных, спектральных и нелинейных методов анализа вариабельности сердечного ритма. Вход блока соединен с блоком фильтрации сердечных сокращений (13), а выход соединен с блоком нормализации признаков (15).The heartbeat signal filtering unit (11) provides band-pass filtering of the bioradar signal in the range from 0.7 to 2 Hz. The output of the heartbeat signal filtering unit (11) is connected to the heart rate detecting unit (12). The heart rate determination unit (12) provides identification of the heart rate and the distance between them (RR-intervals). The input of the heart rate determination unit (12) is connected to the heartbeat signal filtering unit (11), and the output of the unit is connected to the heartbeat filtering unit (13). The heart rate filtering unit (13) provides the removal of RR-intervals with a length greater than or less than the threshold values calculated on the basis of neighboring RR-intervals. The input of the heart rate filtration unit (13) is connected to the heart rate determination unit (12), and the output of the heart rate filtration unit (13) is connected to the feature extraction unit from the heartbeat signal (14). A feature extraction unit from a heartbeat signal (14) provides feature extraction for each era (30 second signal interval). Signs are extracted based on temporal, spectral and non-linear methods for analyzing heart rate variability. The input of the unit is connected to the heart rate filtering unit (13), and the output is connected to the feature normalization unit (15).
Блок нормализации признаков (15) обеспечивает нормализацию каждого из извлеченных признаков в течение записи. Нормализация осуществляется путем вычитания среднего значения признака в течение записи и деления на стандартное отклонение признака в течение записи. Входы блока (15) соединены с выходом блока извлечения признаков из сигнала сердцебиения (14) и выходом блока извлечения признаков из сигнала дыхания (10), а выход блока (15) соединен с блоком первичной классификации (16).The feature normalization block (15) ensures the normalization of each of the extracted features during the recording. Normalization is carried out by subtracting the average value of the characteristic during the recording and dividing by the standard deviation of the characteristic during the recording. The inputs of the block (15) are connected to the output of the block for extracting signs from the heartbeat signal (14) and the output of the block for extracting signs from the breathing signal (10), and the output of block (15) is connected to the primary classification block (16).
Блок первичной классификации (16) обеспечивает оценку вероятности принадлежности эпох к той или иной стадии сна или бодрствованию на основе анализа признакового описания. Вход блока первичной классификации (16) соединен с блоком нормализации признаков (15), выход блока соединен с блоком вторичной классификации (17). Блок вторичной классификации (17) обеспечивает классификацию каждой эпохи как принадлежащей к той или иной стадии сна или бодрствованию на основе анализа вероятностей для целевой эпохи и ее соседей, полученных в предыдущем блоке (16). Выход блока (17) соединен с блоком сопряжения с устройством вывода (18).The primary classification block (16) provides an estimate of the probability of eras belonging to a particular stage of sleep or wakefulness based on an analysis of a characteristic description. The input of the primary classification block (16) is connected to the normalization block of signs (15), the output of the block is connected to the secondary classification block (17). The secondary classification block (17) provides a classification of each epoch as belonging to a particular stage of sleep or wakefulness based on a probability analysis for the target epoch and its neighbors obtained in the previous block (16). The output of the unit (17) is connected to the interface unit with the output device (18).
Блок сопряжения (18) с устройством вывода обеспечивает передачу структуры сна (совокупности классифицированных эпох) на устройства вывода с помощью кабеля USB или радиоинтерфейса. В качестве радиоинтерфейса может быть использована технология Bluetooth или Wi-Fi. В качестве устройства вывода может выступать персональный компьютер или смартфон. Вход блока (18) соединен с блоком вторичной классификации (17), выход блока (18) соединен с устройством вывода (19).The interface unit (18) with the output device transmits a sleep structure (a set of classified eras) to the output devices using a USB cable or a radio interface. As a radio interface, Bluetooth or Wi-Fi technology can be used. The output device may be a personal computer or smartphone. The input of the block (18) is connected to the secondary classification block (17), the output of the block (18) is connected to the output device (19).
Предлагаемое устройство работает следующим образом. Пользователь располагает устройство, так чтобы антенны биорадиолокатора были направлены на место сна. Расстояние от устройства до пользователя во время сна не должно превышать 3 м. В пределах свечения антенны не должно находиться других движущихся объектов кроме пользователя. Пользователь включает устройство и отправляется спать. Сигнал биорадиолокатора, отражаясь от поверхности тела пользователя, модулируется смещениями поверхности тела, вызванными сердечными сокращениями, дыхательными движениями и двигательной активностью. Отраженный сигнал попадает на приемную антенну биорадиолокатора и оцифровывается им. Послу чего сигнал проходит предварительную обработку и на нем локализуются дыхательные циклы и моменты сокращения сердца (блоки 2-9, 11-13). Затем каждый 30-секундный интервал (эпоха) описывается вектором признаков извлеченных из сигнала вариабельности сердечного ритма (10) и паттерна дыхания (14). Эти признаки нормализуется (15) и используются для первичной классификации (16) в ходе которой оцениваются вероятности того, что данная эпоха принадлежит к одной из стадий сна (фазе быстрого сна, поверхностному сну, глубокому сну) или бодрствованию. Затем каждая эпоха описывается вероятностями, полученными на предыдущем этапе для нее и ее ближайших соседей. Данное описание используется для вторичной классификации, в ходе которой принимается решение к какой стадии сна или бодрствованию принадлежит каждая из эпох. Информацию о принятых решениях с блока сопряжения (18) передается на устройство вывода. В итоге, пользователь после пробуждения может увидеть на устройстве вывода структуру его сна в течение ночи.The proposed device operates as follows. The user positions the device so that the bio-radar antennas are aimed at the place of sleep. The distance from the device to the user during sleep should not exceed 3 m. There should be no other moving objects except the user within the glow of the antenna. The user turns on the device and goes to sleep. The bio-radar signal, reflected from the surface of the user's body, is modulated by displacements of the body surface caused by cardiac contractions, respiratory movements and motor activity. The reflected signal hits the receiving antenna of the bioradar and is digitized by it. After which the signal undergoes preliminary processing and respiratory cycles and moments of cardiac contraction are localized on it (blocks 2–9, 11–13). Then, each 30-second interval (epoch) is described by a vector of signs extracted from the signal of heart rate variability (10) and breathing pattern (14). These signs are normalized (15) and are used for the primary classification (16) during which the probabilities that this era belongs to one of the stages of sleep (REM phase, superficial sleep, deep sleep) or wakefulness are assessed. Then, each era is described by the probabilities obtained at the previous stage for her and her immediate neighbors. This description is used for secondary classification, during which a decision is made to what stage of sleep or wakefulness each epoch belongs to. Information about the decisions taken from the interface unit (18) is transmitted to the output device. As a result, after waking up, the user can see the structure of his sleep during the night on the output device.
Работоспособность разработанного устройства для автоматизированного определения структуры сна оценивалась путем сравнения полученных с его помощью структур сна с «золотым стандартом» определения структуры сна - полисомнографией. Эксперименты по параллельной синхронной записи данных данным устройством и полисомнографом проводились в ФГБУ «СЗФМИЦ им. В.А. Алмазова» Минздрава России. Эксперименты были проведены для 32 испытуемых (12 из которых мужчины, средний возраст 44,22±15,44). Эксперименты показали, что данное устройство позволяет определять структуру сна со средним показателем меры межэкспертного согласия каппы Коэна в 0,5. На фиг. 2 показано фото проведения эксперимента (проведение мониторинга сна с помощью устройства одновременно с полисомнографическим исследованием). Устройство для автоматизированного определения структуры сна позволяет определять бодрствование, фазу быстрого сна, поверхностный сон (1-2 стадии фазы медленного сна) и глубокий сон (3-я стадии фазы медленного сна).The operability of the developed device for the automated determination of sleep patterns was evaluated by comparing the sleep patterns obtained with it with the “gold standard” for determining sleep patterns — polysomnography. The experiments on parallel synchronous data recording by this device and polysomnograph were carried out at the Federal State Budgetary Institution “SZFMITs im. V.A. Almazova »Ministry of Health of Russia. The experiments were conducted for 32 subjects (12 of whom are men, average age 44.22 ± 15.44). Experiments have shown that this device allows you to determine the structure of sleep with an average measure of inter-expert consent kappa kappa of 0.5. In FIG. Figure 2 shows a photo of an experiment (monitoring sleep using a device simultaneously with polysomnography). A device for the automated determination of sleep patterns allows you to determine wakefulness, REM sleep phase, superficial sleep (1-2 stages of the slow sleep phase) and deep sleep (3rd stage of the slow sleep phase).
Достигаемый технический результат заключается в определении структуры сна человека на основе биорадиолокационного мониторинга.The technical result achieved is to determine the structure of human sleep based on bio-radar monitoring.
Claims (1)
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127253/14U RU167288U1 (en) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | DEVICE FOR AUTOMATED DETERMINATION OF SLEEP STRUCTURE |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
RU2016127253/14U RU167288U1 (en) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | DEVICE FOR AUTOMATED DETERMINATION OF SLEEP STRUCTURE |
Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
RU167288U1 true RU167288U1 (en) | 2016-12-27 |
Family
ID=57777329
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
RU2016127253/14U RU167288U1 (en) | 2016-07-06 | 2016-07-06 | DEVICE FOR AUTOMATED DETERMINATION OF SLEEP STRUCTURE |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
RU (1) | RU167288U1 (en) |
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU182789U1 (en) * | 2017-11-02 | 2018-09-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО СибГМУ Минздрава России) | DEVICE FOR IDENTIFYING PHYSIOLOGICAL AND PATHOLOGICAL MOVEMENTS DURING SLEEP IN HOUSEHOLD CONDITIONS |
RU2760261C1 (en) * | 2020-06-03 | 2021-11-23 | Леся Николаевна Анищенко | Apparatus for continuous contact-free automated monitoring of psychoemotional state of person |
-
2016
- 2016-07-06 RU RU2016127253/14U patent/RU167288U1/en not_active IP Right Cessation
Cited By (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
RU182789U1 (en) * | 2017-11-02 | 2018-09-03 | Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Сибирский государственный медицинский университет" Министерства здравоохранения Российской Федерации (ФГБОУ ВО СибГМУ Минздрава России) | DEVICE FOR IDENTIFYING PHYSIOLOGICAL AND PATHOLOGICAL MOVEMENTS DURING SLEEP IN HOUSEHOLD CONDITIONS |
RU2760261C1 (en) * | 2020-06-03 | 2021-11-23 | Леся Николаевна Анищенко | Apparatus for continuous contact-free automated monitoring of psychoemotional state of person |
Similar Documents
Publication | Publication Date | Title |
---|---|---|
US10342447B2 (en) | Systems and methods for model-based non-contact physiological data acquisition | |
Rahman et al. | Dopplesleep: A contactless unobtrusive sleep sensing system using short-range doppler radar | |
EP3037036B1 (en) | Biometric authentication method and apparatus | |
US10492720B2 (en) | System and method for determining sleep stage | |
JP5961235B2 (en) | Sleep / wake state evaluation method and system | |
US7314451B2 (en) | Techniques for prediction and monitoring of clinical episodes | |
US7862515B2 (en) | Apparatus for detecting sleep apnea using electrocardiogram signals | |
US9002427B2 (en) | Apparatus and method for continuous noninvasive measurement of respiratory function and events | |
US20140180036A1 (en) | Device and method for predicting and preventing obstructive sleep apnea (osa) episodes | |
CN108065916B (en) | Non-contact sleep quality monitoring method based on biological radar | |
US11712198B2 (en) | Estimation of sleep quality parameters from whole night audio analysis | |
JP2009525070A (en) | Identity verification system using physiological biometrics to determine physiological fingerprint and identification method | |
CN109222961A (en) | A kind of portable sleep monitoring system and relevant sleep monitoring method | |
JP2019522534A (en) | Determination system and method for determining the sleep stage of a subject | |
Dong et al. | Wearable diet monitoring through breathing signal analysis | |
Sadek et al. | A comparison of three heart rate detection algorithms over ballistocardiogram signals | |
RU167288U1 (en) | DEVICE FOR AUTOMATED DETERMINATION OF SLEEP STRUCTURE | |
Lee et al. | A real-time abnormal beat detection method using a template cluster for the ECG diagnosis of IoT devices | |
Haritha et al. | Automating anxiety detection using respiratory signal analysis | |
Cámara et al. | mHealth tools for monitoring Obstructive Sleep Apnea patients at home: Proof-of-concept | |
KR101996027B1 (en) | Method and system for extracting Heart Information of Frequency domain by using pupil size variation | |
Tataraidze et al. | Sleep stage classification based on bioradiolocation signals | |
CN115015867B (en) | Identity identification and fall detection method based on ultra-wideband radar | |
JP7301275B2 (en) | Sleep state estimation system | |
Sadr et al. | Sleep apnoea diagnosis using respiratory effort-based signals-a comparative study |
Legal Events
Date | Code | Title | Description |
---|---|---|---|
MM9K | Utility model has become invalid (non-payment of fees) |
Effective date: 20190707 |