Бесконтактный радар

Научные отчеты, том 12, Номер статьи: 5150 (2022) Цитировать эту статью

6734 Доступа

11 цитат

9 Альтметрика

Подробности о метриках

Системы мониторинга жизненно важных функций необходимы при уходе за госпитализированными новорожденными. Из-за незрелости органов и иммунной системы недоношенные дети нуждаются в постоянном мониторинге их жизненно важных параметров, а датчики необходимо прикреплять непосредственно к их хрупкой коже. Помимо ограничений подвижности и стресса, эти датчики часто вызывают раздражение кожи и могут привести к некрозу давления. В этой работе мы показываем, что бесконтактный радиолокационный подход жизнеспособен для мониторинга дыхания в отделениях интенсивной терапии новорожденных (ОИТН). Впервые исследуются различные сценарии, общие для повседневной жизни отделения интенсивной терапии, а проблемы мониторинга в реальных клинических условиях решаются с помощью различных вкладов в структуру обработки сигналов. Вместо того, чтобы просто отбрасывать измерения при сильных помехах, мы представляем новый метод подавления случайных движений тела, основанный на частотно-временном разложении восстановленного сигнала. Кроме того, мы предлагаем простой и точный преобразователь частоты, который исследует гармоническую структуру сигнала дыхания. В результате предлагаемое решение на основе радара способно обеспечить надежную оценку частоты дыхания, которая большую часть времени близка к эталонным значениям кабельного устройства. Наши результаты проливают свет на сильные и слабые стороны этой технологии и закладывают основу для будущих исследований в направлении полностью бесконтактного решения для мониторинга жизненно важных функций.

Ежегодно до 37-й недели беременности рождается почти 15 миллионов детей, а это означает, что около 10% всех родов в мире являются преждевременными1. Из-за незрелости систем органов и связанных с ними функций, а также иммунной системы эти дети подвергаются более высокому риску инфекций, хронических заболеваний и респираторных проблем. Незрелость регуляции дыхания и легких часто приводит к апноэ-брадикардии и респираторным дистресс-синдромам. За этим обычно следует бронхолегочная дисплазия у 27% детей, рожденных на сроке менее 30 недель беременности2,3,4,5. Следовательно, дальнейшее развитие этих недоношенных детей должно продолжаться экс-утробно, и им обычно приходится провести несколько недель в отделении интенсивной терапии новорожденных (ОИТН).

В этот период необходим постоянный контроль за их недоразвитыми органами. Часто новорожденные зависят от парентерального питания, респираторной поддержки и инвазивных диагностических вмешательств, которые, хотя и необходимы для выживания, могут вызвать стресс у ребенка. Также необходимо контролировать основные жизненно важные параметры, такие как дыхание, частота сердечных сокращений и насыщение кислородом. Для этого несколько датчиков крепятся непосредственно к их хрупкой оболочке и подключаются к системам мониторинга с помощью кабелей. Помимо ограничения подвижности, эти датчики часто вызывают раздражение кожи и в конечном итоге могут привести к некрозу давления6,7,8,9,10,11.

Чтобы способствовать развитию недоношенных детей, был предпринят ряд усилий в направлении неинвазивного мониторинга и диагностических решений. Использование датчиков, которые могут отслеживать различные жизненно важные показатели без кабельного соединения, но прикрепляются к коже, исследуется в12,13. Текущие исследования также изучают потенциал различных бесконтактных методов неинвазивной диагностики у детей. В настоящее время предпринимаются попытки обнаружить патологические изменения в выделениях организма путем анализа летучих органических соединений14,15. Существуют подходы, использующие оптические методы для мониторинга частоты пульса и насыщения кислородом без прямого контакта с кожей и подключения кабеля, основанные, например, на динамическом рассеянии света16, видео17 или фотоплетизмографии18,19. Большое значение для недоношенных детей имеет также диагностика респираторных патологий и классификация периодического дыхания и апноэ20,21. Эта задача решается с использованием различных бесконтактных методов, которые требуют дополнительных измерений различных жизненно важных показателей, например, частоты дыхания, частоты сердечных сокращений, насыщения кислородом или носового дыхания22,23,24.