Биорадиолокация

Биорадиолокация – это технология ^{[ 1 ]} для дистанционного обнаружения и диагностики биологических объектов средствами радиолокации , ^{[ 2 ]} даже за оптически непрозрачными препятствиями. ^{[ 3 ]}^{[ 4 ]} Устройства, основанные на этом методе, называются биорадарами.

Теоретическая основа

Эта технология основана на модуляции отраженного сигнала, вызванного движениями человеческого тела и внутренних органов. В то время как обследуемый находится в спокойном состоянии (например, спит или сидит в фиксированной позе), модуляция сигнала биорадара обусловлена преимущественно дыхательными движениями (0,2-0,5 Гц) и пульсацией сердца и поверхностных артерий (0,5-20 Гц). ^{[ 5 ]} Амплитуда , смещения поверхности грудной клетки вызванная сокращениями дыхательных мышц, составляет около 1 см, тогда как аналогичный показатель при сокращении сердца составляет всего 1 мм. Недавно исследователи показали, что тоны сердца (20–80 Гц) с амплитудой в микрометровом диапазоне также могут быть обнаружены. ^{[ 6 ]}^{[ 7 ]}^{[ 8 ]} Порядок регистрируемых параметров определяет использование диапазона микроволновых частот. Импульс, ^{[ 9 ]} линейно ^{[ 10 ]} или шаг частоты ^{[ 11 ]} модулированный и монохромный ^{[ 12 ]} сигналы могут использоваться в качестве зондирующих.

Приложения

Главным преимуществом биорадиолокации является ее удаленность и бесконтактность. ^{[ 13 ]} В настоящее время коммерчески доступные биорадары предназначены для обнаружения людей и слежения за ними за зданиями или другими препятствиями (например, во время антитеррористических операций). ^{[ 14 ]}^{[ 15 ]}). Существуют также биорадары, которые спасатели используют для поиска людей под строительным мусором. ^{[ 16 ]} Однако такие устройства не нашли широкого применения в аварийно-спасательных операциях из-за принципиальных ограничений метода, связанных с шумами и фоновыми отражениями.

Наиболее перспективной областью применения метода биорадиолокации является медицина. ^{[ 17 ]} Биорадар можно использовать в медицине сна ^{[ 18 ]} для апноэ во сне мониторинга синдрома ^{[ 19 ]} у взрослых и новорожденных. Кроме того, его можно использовать для измерения тонов сердца. ^{[ 6 ]} и извлечь вариабельность сердечного ритма. ^{[ 20 ]} Кроме того, их можно применять во множестве других областей, таких как профессиональный отбор, ^{[ 21 ]} фармакология и зоопсихология, ^{[ 22 ]} и т. д. ^{[ 23 ]}

Ссылки

^ Ли, Чанчжи; Любеке, Виктор М.; Борич-Любекке, Ольга; Линь, Дженшан (2013). «Обзор последних достижений в области доплеровских радиолокационных датчиков для бесконтактного мониторинга здравоохранения». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 61 (5): 2046–2060. Бибкод : 2013ITMTT..61.2046L . дои : 10.1109/TMTT.2013.2256924 . S2CID 18274335 .
^ Ахмад, Фаузия; Нарайанан, Рам М.; Шреурс, Доминик (2015). «Применение радара для удаленного мониторинга пациентов и ухода за пожилыми людьми» . IET Радар, гидролокатор и навигация . 9 (2): 115. doi : 10.1049/iet-rsn.2015.0038 . S2CID 122131216 .
^ Солдовьери, Франческо; Катапано, Илария; Крокко, Лоренцо; Анищенко Леся Н.; Ивашов, Сергей Иванович (2012). «Технико-экономическое обоснование мониторинга признаков жизни с помощью радара непрерывного действия» . Международный журнал антенн и распространения радиоволн . 2012 : 1–5. дои : 10.1155/2012/420178 .
^ Сюй, Хуэй; Ли, Банъюй; Че, Синьшэн; Рен, Цзянь (2011). «Анализ эффекта и выбор параметра антенны биорадара для измерения». Перспективные исследования в области компьютерного образования, моделирования и моделирования . Коммуникации в компьютерной и информатике. Том. 176. стр. 451–456. дои : 10.1007/978-3-642-21802-6_73 . ISBN 978-3-642-21801-9 .
^ Уилл, Кристоф; Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Штайгедер, Тобиас; Михлер, Фабиан; Вайгель, Роберт; Остгат, Кристоф; Кельпин, Александр (2017). «Обнаружение локальной импульсной волны с использованием радиолокационных систем непрерывного действия». Журнал IEEE по электромагнетизму, радиочастотному и микроволновому излучению в медицине и биологии . 1 (2): 81–89. дои : 10.1109/JERM.2017.2766567 . S2CID 20747916 .
^ Jump up to: ^а ^б Уилл, Кристоф; Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Штайгедер, Тобиас; Михлер, Фабиан; Фукс, Йонас; Вайгель, Роберт; Остгат, Кристоф; Кельпин, Александр (2018). «Радарное обнаружение звука сердца» . Научные отчеты . 8 (1): 11551. Бибкод : 2018NatSR...811551W . дои : 10.1038/s41598-018-29984-5 . ПМК 6070547 . ПМИД 30068983 .
^ Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Уилл, Кристоф; Штайгедер, Тобиас; Михлер, Фабиан; Фукс, Йонас; Вайгель, Роберт; Остгат, Кристоф; Кельпин, Александр (13 февраля 2020 г.). «Набор данных о тонах сердца и жизненно важных показателях, записанных радаром, включая синхронизированные сигналы эталонных датчиков» . Научные данные . 7 (1): 50. Бибкод : 2020НацСД...7...50С . дои : 10.1038/s41597-020-0390-1 . ISSN 2052-4463 . ПМК 7018953 . ПМИД 32054854 .
^ Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Михлер, Фабиан; Штайгедер, Тобиас; Малесса, Анке; Лурц, Фабиан; Остгат, Кристоф; Вайгель, Роберт; Кельпин, Александр (2020). «Автоматическое определение индекса качества сигнала радиолокационных сигналов сердца с использованием ансамблевой классификации». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 67 (3): 773–785. дои : 10.1109/TBME.2019.2921071 . ISSN 1558-2531 . ПМИД 31180834 . S2CID 184484379 .
^ Иммореев, Игорь Юрьевич (2010). «Практическое применение технологии СШП». Журнал IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . 25 (2): 36–42. дои : 10.1109/MAES.2010.5442175 . S2CID 45543286 .
^ Ван, Фу-Кан; Хорнг, Цзый-Шенг; Пэн, Кан-Чун; Джау, Дже-Куан; Ли, Цзянь-Ю; Чен, Ченг-Чунг (2013). «Обнаружение скрывающихся людей по признакам их жизнедеятельности с помощью системы визуализации сквозь стену с радаром с самоблокировкой». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 61 (1): 696–704. Бибкод : 2013ITMTT..61..696W . дои : 10.1109/TMTT.2012.2228223 . S2CID 16853266 .
^ Оцу, Мицугу; Накамура, Рёхей; Кадзивара, Акихиро (2011). «Датчик дистанционного мониторинга дыхания с использованием ступенчатого FM». Симпозиум IEEE по применению датчиков 2011 г. стр. 155–158. дои : 10.1109/SAS.2011.5739784 . ISBN 978-1-4244-8063-0 . S2CID 16557750 .
^ С. И. Ивашов, В. В. Разевиг, А. П. Шейко, И. А. Васильев, «Обнаружение дыхания и сердцебиения человека с помощью удаленного радара», Симпозиум по исследованию электромагнетизма (PIERS 2004), 28–31 марта 2004 г., Пиза, Италия, стр. 663- 666.
^ Алехин, Максим; Анищенко, Леся; Татараидзе, Александр; Ивашов Сергей; Парашин Владимир; Дьяченко, Александр (2013). «Сравнение сигналов биорадиолокации и респираторной плетизмографии во временной и частотной областях на основе кросс-корреляционного и спектрального анализа» . Международный журнал антенн и распространения радиоволн . 2013 : 1–6. дои : 10.1155/2013/410692 . ISSN 1687-5869 .
^ «Компактная тактическая система визуализации через стену Xaver 400» . Camero-tech.com. Архивировано из оригинала 3 апреля 2014 г. Проверено 13 марта 2014 г.
^ Зетик, Рудольф; Крэбб, Стивен; Крайнак, Йозеф; Пайерл, Питер; Сакс, Юрген; Томя, Райнер (2006). «Обнаружение и локализация людей за препятствиями с помощью внутристенного радара М-последовательности». В Карапецце, Эдвард М. (ред.). Датчики и технологии управления, контроля, связи и разведки (C3I) для внутренней безопасности и национальной обороны V . Том. 6201. стр. 62010И. дои : 10.1117/12.667989 . S2CID 12892463 .
^ М. Пьераччини, Г. Граццини, Д. Деи, К. Ацени, Георадарная система для определения местонахождения выживших после стихийных бедствий // Proc. 12-й Международной конференции по георадиолокации, 16–19 июня 2008 г., Бирмингем, Великобритания.
^ Стадерини, Э.М. (2002). «СШП радары в медицине». Журнал IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . 17 :13–18. дои : 10.1109/62.978359 .
^ Алехин, Максим; Анищенко, Леся; Татараидзе, Александр; Ивашов Сергей; Парашин Владимир; Коростовцева Людмила; Свиряев Юрий; Богомолов, Алексей (2013). «Новый метод распознавания биорадиолокационных сигналов паттернов дыхания для бесконтактного скрининга синдрома апноэ во сне» . Международный журнал антенн и распространения радиоволн . 2013 : 1–8. дои : 10.1155/2013/969603 . ISSN 1687-5869 .
^ Алехин, доктор медицинских наук; Анищенко Л.Н.; Журавлев А.В.; Ивашов С.И.; Коростовцева Л.С.; Свиряев Ю.В.; Конради, АО; Парашин В.Б.; Богомолов, А.В. (2013). «Оценка информативности диагностических данных, полученных с помощью биорадиолокационной пневмографии при бесконтактном скрининге синдрома апноэ во сне». Биомедицинская инженерия . 47 (2): 96–99. дои : 10.1007/s10527-013-9343-8 . S2CID 12473547 .
^ Ши, Килин; Штайгедер, Тобиас; Шелленбергер, Свен; Михлер, Фабиан; Малесса, Анке; Лурц, Фабиан; Роледер, Николас; Остгат, Кристоф; Вайгель, Роберт; Кельпин, Александр (04 февраля 2021 г.). «Бесконтактный анализ вариабельности сердечного ритма при холодовой прессорной пробе с использованием радиолокационной интерферометрии и двунаправленных сетей LSTM» . Научные отчеты . 11 (1): 3025. Бибкод : 2021NatSR..11.3025S . дои : 10.1038/s41598-021-81101-1 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 7862409 . ПМИД 33542260 .
^ Анищенко Л.Н.; Бугаев А.С.; Ивашов С.И.; Журавлёв, А.В. (2011). «Биорадар для мониторинга адаптационных возможностей человека». 2011 XXX Генеральная ассамблея и научный симпозиум УРСИ . стр. 1–4. doi : 10.1109/URSIGASS.2011.6051322 . ISBN 978-1-4244-5117-3 . S2CID 28329694 .
^ Применение биорадиолокации для оценки двигательной активности лабораторных животных / Л. Н. Анищенко, А. С. Бугаев, С. И. Ивашов, И. А. Васильев //PIERS Online. 2009. Том. 5, № 6. С.551 – 554.
^ «Кардиан – О» . Кардиан . Архивировано из оригинала 18 июня 2018 г. Проверено 18 июня 2018 г.

[1] Ли, Чанчжи; Любеке, Виктор М.; Борич-Любекке, Ольга; Линь, Дженшан (2013). «Обзор последних достижений в области доплеровских радиолокационных датчиков для бесконтактного мониторинга здравоохранения». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 61 (5): 2046–2060. Бибкод : 2013ITMTT..61.2046L . дои : 10.1109/TMTT.2013.2256924 . S2CID 18274335 .

[2] Ахмад, Фаузия; Нарайанан, Рам М.; Шреурс, Доминик (2015). «Применение радара для удаленного мониторинга пациентов и ухода за пожилыми людьми» . IET Радар, гидролокатор и навигация . 9 (2): 115. doi : 10.1049/iet-rsn.2015.0038 . S2CID 122131216 .

[3] Солдовьери, Франческо; Катапано, Илария; Крокко, Лоренцо; Анищенко Леся Н.; Ивашов, Сергей Иванович (2012). «Технико-экономическое обоснование мониторинга признаков жизни с помощью радара непрерывного действия» . Международный журнал антенн и распространения радиоволн . 2012 : 1–5. дои : 10.1155/2012/420178 .

[4] Сюй, Хуэй; Ли, Банъюй; Че, Синьшэн; Рен, Цзянь (2011). «Анализ эффекта и выбор параметра антенны биорадара для измерения». Перспективные исследования в области компьютерного образования, моделирования и моделирования . Коммуникации в компьютерной и информатике. Том. 176. стр. 451–456. дои : 10.1007/978-3-642-21802-6_73 . ISBN 978-3-642-21801-9 .

[5] Уилл, Кристоф; Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Штайгедер, Тобиас; Михлер, Фабиан; Вайгель, Роберт; Остгат, Кристоф; Кельпин, Александр (2017). «Обнаружение локальной импульсной волны с использованием радиолокационных систем непрерывного действия». Журнал IEEE по электромагнетизму, радиочастотному и микроволновому излучению в медицине и биологии . 1 (2): 81–89. дои : 10.1109/JERM.2017.2766567 . S2CID 20747916 .

[:0-6] Jump up to: ^а ^б Уилл, Кристоф; Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Штайгедер, Тобиас; Михлер, Фабиан; Фукс, Йонас; Вайгель, Роберт; Остгат, Кристоф; Кельпин, Александр (2018). «Радарное обнаружение звука сердца» . Научные отчеты . 8 (1): 11551. Бибкод : 2018NatSR...811551W . дои : 10.1038/s41598-018-29984-5 . ПМК 6070547 . ПМИД 30068983 .

[7] Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Уилл, Кристоф; Штайгедер, Тобиас; Михлер, Фабиан; Фукс, Йонас; Вайгель, Роберт; Остгат, Кристоф; Кельпин, Александр (13 февраля 2020 г.). «Набор данных о тонах сердца и жизненно важных показателях, записанных радаром, включая синхронизированные сигналы эталонных датчиков» . Научные данные . 7 (1): 50. Бибкод : 2020НацСД...7...50С . дои : 10.1038/s41597-020-0390-1 . ISSN 2052-4463 . ПМК 7018953 . ПМИД 32054854 .

[8] Ши, Килин; Шелленбергер, Свен; Михлер, Фабиан; Штайгедер, Тобиас; Малесса, Анке; Лурц, Фабиан; Остгат, Кристоф; Вайгель, Роберт; Кельпин, Александр (2020). «Автоматическое определение индекса качества сигнала радиолокационных сигналов сердца с использованием ансамблевой классификации». Транзакции IEEE по биомедицинской инженерии . 67 (3): 773–785. дои : 10.1109/TBME.2019.2921071 . ISSN 1558-2531 . ПМИД 31180834 . S2CID 184484379 .

[9] Иммореев, Игорь Юрьевич (2010). «Практическое применение технологии СШП». Журнал IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . 25 (2): 36–42. дои : 10.1109/MAES.2010.5442175 . S2CID 45543286 .

[10] Ван, Фу-Кан; Хорнг, Цзый-Шенг; Пэн, Кан-Чун; Джау, Дже-Куан; Ли, Цзянь-Ю; Чен, Ченг-Чунг (2013). «Обнаружение скрывающихся людей по признакам их жизнедеятельности с помощью системы визуализации сквозь стену с радаром с самоблокировкой». Транзакции IEEE по теории и технике микроволнового излучения . 61 (1): 696–704. Бибкод : 2013ITMTT..61..696W . дои : 10.1109/TMTT.2012.2228223 . S2CID 16853266 .

[11] Оцу, Мицугу; Накамура, Рёхей; Кадзивара, Акихиро (2011). «Датчик дистанционного мониторинга дыхания с использованием ступенчатого FM». Симпозиум IEEE по применению датчиков 2011 г. стр. 155–158. дои : 10.1109/SAS.2011.5739784 . ISBN 978-1-4244-8063-0 . S2CID 16557750 .

[12] С. И. Ивашов, В. В. Разевиг, А. П. Шейко, И. А. Васильев, «Обнаружение дыхания и сердцебиения человека с помощью удаленного радара», Симпозиум по исследованию электромагнетизма (PIERS 2004), 28–31 марта 2004 г., Пиза, Италия, стр. 663- 666.

[13] Алехин, Максим; Анищенко, Леся; Татараидзе, Александр; Ивашов Сергей; Парашин Владимир; Дьяченко, Александр (2013). «Сравнение сигналов биорадиолокации и респираторной плетизмографии во временной и частотной областях на основе кросс-корреляционного и спектрального анализа» . Международный журнал антенн и распространения радиоволн . 2013 : 1–6. дои : 10.1155/2013/410692 . ISSN 1687-5869 .

[14] «Компактная тактическая система визуализации через стену Xaver 400» . Camero-tech.com. Архивировано из оригинала 3 апреля 2014 г. Проверено 13 марта 2014 г.

[15] Зетик, Рудольф; Крэбб, Стивен; Крайнак, Йозеф; Пайерл, Питер; Сакс, Юрген; Томя, Райнер (2006). «Обнаружение и локализация людей за препятствиями с помощью внутристенного радара М-последовательности». В Карапецце, Эдвард М. (ред.). Датчики и технологии управления, контроля, связи и разведки (C3I) для внутренней безопасности и национальной обороны V . Том. 6201. стр. 62010И. дои : 10.1117/12.667989 . S2CID 12892463 .

[16] М. Пьераччини, Г. Граццини, Д. Деи, К. Ацени, Георадарная система для определения местонахождения выживших после стихийных бедствий // Proc. 12-й Международной конференции по георадиолокации, 16–19 июня 2008 г., Бирмингем, Великобритания.

[17] Стадерини, Э.М. (2002). «СШП радары в медицине». Журнал IEEE по аэрокосмическим и электронным системам . 17 :13–18. дои : 10.1109/62.978359 .

[18] Алехин, Максим; Анищенко, Леся; Татараидзе, Александр; Ивашов Сергей; Парашин Владимир; Коростовцева Людмила; Свиряев Юрий; Богомолов, Алексей (2013). «Новый метод распознавания биорадиолокационных сигналов паттернов дыхания для бесконтактного скрининга синдрома апноэ во сне» . Международный журнал антенн и распространения радиоволн . 2013 : 1–8. дои : 10.1155/2013/969603 . ISSN 1687-5869 .

[19] Алехин, доктор медицинских наук; Анищенко Л.Н.; Журавлев А.В.; Ивашов С.И.; Коростовцева Л.С.; Свиряев Ю.В.; Конради, АО; Парашин В.Б.; Богомолов, А.В. (2013). «Оценка информативности диагностических данных, полученных с помощью биорадиолокационной пневмографии при бесконтактном скрининге синдрома апноэ во сне». Биомедицинская инженерия . 47 (2): 96–99. дои : 10.1007/s10527-013-9343-8 . S2CID 12473547 .

[20] Ши, Килин; Штайгедер, Тобиас; Шелленбергер, Свен; Михлер, Фабиан; Малесса, Анке; Лурц, Фабиан; Роледер, Николас; Остгат, Кристоф; Вайгель, Роберт; Кельпин, Александр (04 февраля 2021 г.). «Бесконтактный анализ вариабельности сердечного ритма при холодовой прессорной пробе с использованием радиолокационной интерферометрии и двунаправленных сетей LSTM» . Научные отчеты . 11 (1): 3025. Бибкод : 2021NatSR..11.3025S . дои : 10.1038/s41598-021-81101-1 . ISSN 2045-2322 . ПМЦ 7862409 . ПМИД 33542260 .

[21] Анищенко Л.Н.; Бугаев А.С.; Ивашов С.И.; Журавлёв, А.В. (2011). «Биорадар для мониторинга адаптационных возможностей человека». 2011 XXX Генеральная ассамблея и научный симпозиум УРСИ . стр. 1–4. doi : 10.1109/URSIGASS.2011.6051322 . ISBN 978-1-4244-5117-3 . S2CID 28329694 .

[22] Применение биорадиолокации для оценки двигательной активности лабораторных животных / Л. Н. Анищенко, А. С. Бугаев, С. И. Ивашов, И. А. Васильев //PIERS Online. 2009. Том. 5, № 6. С.551 – 554.

[23] «Кардиан – О» . Кардиан . Архивировано из оригинала 18 июня 2018 г. Проверено 18 июня 2018 г.

[ 1 ]

[ 2 ]

[ 3 ]

[ 4 ]

[ 5 ]

[ 6 ]

[ 7 ]

[ 8 ]

[ 9 ]

[ 10 ]

[ 11 ]

[ 12 ]

[ 13 ]

[ 14 ]

[ 15 ]

[ 16 ]

[ 17 ]

[ 18 ]

[ 19 ]

[ 20 ]

[ 21 ]

[ 22 ]

[ 23 ]