Бесконтактные методы измерения частоты дыхания

  Бесконтактные методы определения и мониторинга частоты дыхания у взрослых и детей активно развиваются в течение последних десятилетий. Современному врачу важно понимать преимущества и недостатки каждой методики с целью определения возможности ее использования в клинической практике, в том числе с применением телемедицинских технологий.

  Измерение частоты дыхательных движений (ЧДД) бесконтактным методом осуществляется несколькими способами:

  1. Видеомониторинг с использованием камеры (определение движений грудной клетки на видеоряде с возможностью передачи видео в центр, осуществляющий мониторинг; погрешность – до 3 вдохов в минуту) или постобработки видео снятого на камеру ноутбука или смартфон (анализ изменения насыщенности пикселей позволяет построить волнообразный график, указывающий на характер дыхания; ошибка измерения частоты дыхания составляет менее 1 вдоха в минуту).
____________________________________________________________________________________________________

Преимущества: нетребовательность к качеству видеосигнала; возможность использования со смартфоном; невысокая стоимость.

Недостатки: чувствительность к посторонним движущимся объектам в кадре и освещенности; ошибки измерения при некоторых вариантах нарушения дыхания.

____________________________________________________________________________________________________

  2. Определение пульсирующих фотоплетизмографических сигналов в коротких видеороликах с лицом пациента, заснятых на камеру обычного смартфона (определение флуктуаций цветов в определенных зонах интереса на лице в цветовых моделях RGB и HSV).

____________________________________________________________________________________________________

Преимущества: нетребовательность к качеству видеосигнала; возможность использования со смартфоном; невысокая стоимость.

Недостатки: зависимость от внешнего вида, одежды, особенностей пациента (закрытый лоб, шрамы, массивная борода, шляпа и т.д.).

____________________________________________________________________________________________________

  3. Тепловизионная камера (тепловизор). Оценка температуры кожи крыльев носа, остывающей при вдохе и нагревающейся при выдохе. Ошибка измерения частоты дыхания – менее 1 дыхания в минуту.

____________________________________________________________________________________________________

Преимущества: возможность измерять ЧДД сразу у нескольких пациентов в одном кадре; хорошее выявление эпизода апноэ.

Недостатки: необходимость хорошего носового дыхания; зависимость от температуры окружающей среды.

____________________________________________________________________________________________________

  4. Допплеровский радар, который измеряет частоту дыхания за счет улавливания беспроводных сигналов, модулируемых движениями грудной клетки. Расположенные, например, в палате датчики позволяют отслеживать амплитуду вышеуказанных движений. Погрешность измерения частоты дыхания – до 1 дыхательного движения в минуту.

____________________________________________________________________________________________________

Преимущества: хорошая точность измерения; не требует участия пациента; возможность использования со смартфонами.

Недостатки: ошибки измерения при некоторых вариантах нарушения дыхания; высокая стоимость; необходимость обучения персонала; сложность обработки данных.

____________________________________________________________________________________________________

  5. Ультрашироковолновые радиорадары. Размещенные в различных местах комнаты приемники воспринимают излучаемые радиоволны, компьютер анализирует их изменения после контакта с дышащим человеком. Ошибка измерения – менее 1 дыхания в минуту.

____________________________________________________________________________________________________

Преимущества: способность определять апноэ и различные варианты нарушения дыхания, нечувствительность к случайным и небольшим движениям пациента, высокая точность измерения.

Недостатки: чувствительность к боковым движениям более 20 см – наиболее рационально использование методики во время сна на одноместной кровати.

____________________________________________________________________________________________________

  6. Микроволновые антенны, прикрепленные к потолку. Принцип их работы схож с вышеописанной методикой.

____________________________________________________________________________________________________

Преимущества: высокая точность измерения, возможность длительного мониторинга; измерения ЧДД через одежду/одеяло; выявление апноэ, патологического дыхания; отдельное измерение ЧДД и частоты сердечных сокращений.

Недостатки: возможная чувствительность к постороннему шуму.

____________________________________________________________________________________________________

  7. Тензодатчики, расположенные под ножками кровати, которые фиксируют изменения центра тяжести вдоль продольной оси кровати, происходящие в процессе дыхания пациента. Ошибка измерения – до 1,6 вдохов в минуту.

____________________________________________________________________________________________________

Преимущества: высокая точность измерений; возможность длительного мониторинга.

Недостатки: недостаточная точность в выявлении апноэ сна; частые сигналы тревоги.

____________________________________________________________________________________________________

  Несмотря на разнообразие методов и подходов бесконтактного измерения частоты дыхания у человека, каждый из них имеет свои недостатки, для преодоления которых необходимо дальнейшее техническое совершенствование, сочетание нескольких методов и подключение к обработке информации технологии искусственного интеллекта.

 В перспективе бесконтактные методы могут стать незаменимым инструментом для длительного дистанционного мониторинга жизненных функций пациентов как в стационарных, так и в амбулаторных условиях.

  Источник: Гаранин А.А., Шипунов И.Д., Рубаненко А.О., Санникова Н.О. Бесконтактные методы измерения частоты дыхания: (обзор литературы) // Вестник новых медицинских технологий. Электронное издание. 2023. №5. C. 64-72. URL: http://www.medtsu.tula.ru/VNMT/Bulletin/E2023-5/1-9.pdf (дата обращения: 07.12.2023). DOI: 10.24412/2075-4094-2023-5-1-9.