bsuirДоклады БГУИРDoklady BGUIR1729-76482708-0382БГУИР10.35596/1729-7648-2025-23-1-21-27bsuir-4056Research ArticleСтатьиАппаратно-программный комплекс для раннего выявления болезней органов дыхания, отягощенных дыхательной недостаточностью и синдромом апноэ-гипопноэApparatus for Early Detection of Respiratory Diseases Aggravated by Respiratory Failure and Apnea-Hypopnea SyndromeЗельманскийО. Б.ZelmanskiO. B.

Зельманский Олег Борисович, канд. техн. наук, доц., доц. каф. защиты информации

220013, г. Минск, ул. П. Бровки, 6

Zelmanski Oleg Borisovich, Cand. of Sci., Associate Professor, Associate Professor at the Information Security Department

220013, Minsk, P. Brovki St., 6 

7650772@rambler.ruБогушВ. А.BogushV. A.

д-р физ.-мат. наук, проф., ректор 

г. Минск

Dr. of Sci. (Phys. and Math.), Professor, Rector

Minsk

Белорусский государственный университет информатики и радиоэлектроникиBelarusian State University of Informatics and Radioelectronics2025170220252312127Copyright © Зельманский О.Б., Богуш В.А., 20252025Зельманский О.Б., Богуш В.А.Zelmanski O.B., Bogush V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://doklady.bsuir.by/jour/article/view/4056

Поскольку утрата трудоспособности и инвалидность, связанные с болезнями органов дыхания, в 2/3 случаев обусловлены бронхиальной астмой и хронической обструктивной болезнью лёгких, существует необходимость в техническом обеспечении раннего выявления данных заболеваний. В основу разработанного диагностического комплекса положена эволюционная математическая модель дыхательной системы человека, описывающая процессы газообмена между атмосферой и лёгкими и между лёгкими и кровью. Комплекс позволяет анализировать такие параметры дыхательной системы, как сатурация гемоглобина артериальной крови кислородом, частота сердечных сокращений и частота дыхания. Комплекс подходит для разовых (скрининговых) измерений, а также длительного (ночного/суточного) мониторирования. Разработано соответствующее программное обеспечение, позволяющее анализировать индекс десатураций, индекс апноэ-гипопноэ, фотоплетизмограмму, визуализировать процесс дыхания. В комплексе реализован стандартизированный нагрузочный тест шестиминутной ходьбы. Это позволяет выявить дыхательную недостаточность, оценить ее выраженность и условия возникновения. В ходе апробации на базе санаторно-курортного учреждения удалось диагностировать синдром обструктивного апноэ-гипопноэ на ранней стадии у людей, не подозревающих о наличии у них данного заболевания. Выбор именно санаторно-курортного учреждения обусловлен комфортными условиями проведения ночного мониторирования, наличием времени и желанием людей заняться своим здоровьем, пройти диагностику.

Since loss of working capacity and disability associated with respiratory diseases are caused by bronchial asthma and chronic obstructive pulmonary disease in 2/3 of cases, there is a need for technical support for early detection of these diseases. The developed diagnostic complex is based on an evolutionary mathematical model of the human respiratory system, describing the processes of gas exchange between the atmosphere and the lungs and between the lungs and blood. The complex allows analyzing such respiratory system parameters as arterial blood hemoglobin oxygen saturation, heart rate and respiratory rate. The complex is suitable for onetime (screening) measurements, as well as long-term (night/daily) monitoring. The corresponding software has been developed that allows analyzing the desaturation index, apnea-hypopnea index, photoplethysmogram, and visualizing the breathing process. The complex implements a standardized six-minute walk load test. This allows identifying respiratory failure, assessing its severity and conditions of occurrence. During the testing at a health resort, it was possible to diagnose obstructive apnea-hypopnea syndrome at an early stage in people who were unaware of the disease. The choice of a health resort was due to the comfortable conditions for conducting night monitoring, the availability of time and the desire of people to take care of their health and undergo diagnostics. 

дыхательная недостаточностьсиндром апноэ-гипопноэостановка дыханияболезни органов дыханияхроническая обструктивная болезнь лёгкихбронхиальная астмаранняя диагностикасатурациячастота дыханияCOVID-19respiratory failureapnea-hypopnea syndromesleep apnearespiratory diseaseschronic obstructive pulmonary diseasebronchial asthmaearly diagnosissaturationrespiratory rateCOVID-19ReferencesСтатистический ежегодник Республики Беларусь: офиц. стат. сб. за 2023 г. Минск: Белстат, 2023.Statistical Yearbook of the Republic of Belarus. Official Stat. Collection for 2023. Minsk, Belstat Publ., 2023 (in Russian).Зельманский, О. Б. Респираторная поддержка: аспекты применения для терапии и реабилитации / Е. И. Давидовская, О. Б. Зельманский // Медэлектроника–2022. Средства медицинской электроники и новые медицинские технологии: сб. науч. ст. XIII Междунар. науч.-техн. конф., г. Минск, 8–9 дек. 2022 г. Минск: Белор. гос. ун-т информ. и радиоэлек., 2022. С. 46–50.Zelmanski O. B., Davidovskaya E. I. (2022) Respiratory Support: Aspects of Application for Therapy and Rehabilitation. Medelectronics–2022. Medical Electronics and New Medical Technologies, Collection of Scientific Articles from the XIII International Scientific and Technical Conference, Minsk, Dec. 8–9. Minsk, Belarusian State University of Informatics and Radioelectronics. 46–50 (in Russian).Диагностические возможности неинвазивного мониторирования насыщения гемоглобина артериальной крови кислородом в клинике внутренних болезней / Д. В. Лапицкий [и др.]. Минск: Белор. гос. мед. ун-т, 2017.Lapitsky D. V., Ermolkevich R. F., Metelsky S. M., Ryapolov A. N., Mitkovskaya N. P., Manichev I. A., et al. (2017) Diagnostic Capabilities of Non-Invasive Monitoring of Arterial Blood Hemoglobin Oxygen Saturation in the Clinic of Internal Diseases. Minsk, Belarusian State Medical University (in Russian).Трусов, П. В. Моделирование процесса дыхания человека: концептуальная и математическая постановки / П. В. Трусов, Н. В. Зайцева, М. Ю. Цинкер // Математическая биология и биоинформатика. 2016. Т. 11, № 1. С. 64–80. DOI: 10.17537/2016.11.64.Trusov P. V., Zaitseva N. V., Tsinker M. Yu. (2016) Modeling the Human Breathing Process: Conceptual and Mathematical Formulations. Mathematical Biology and Bioinformatics. 11 (1), 64–80. DOI: 10.17537/2016.11.64 (in Russian).Бояршинов, М. Г. Решение системы уравнений Эйлера для установившегося течения идеального газа из точечного источника / М. Г. Бояршинов // Вестник Челябинского государственного университета. Физика. 2010. Вып. 8, № 24. С. 5–8.Boyarshinov M. G. (2010) Solution of the System of Euler Equations for the Steady Flow of an Ideal Gas from a Point Source. Bulletin of the Chelyabinsk State University. Physics. 8 (24), 5–8 (in Russian).Squara, P. Central Venous Oxygenation: When Physiology Explains Apparent Discrepancies / P. Squara // Critical Care. 2014. Vol. 579. https://doi.org/10.1186/s13054-014-0579-9.Squara P. (2014) Central Venous Oxygenation: When Physiology Explains Apparent Discrepancies. Critical Care. 579. https://doi.org/10.1186/s13054-014-0579-9.A New Method for Noninvasive Venous Blood Oxygen Detection / Xu Zhang [et al.] // BioMedical Engineering OnLine. 2016. Vol. 15, No 84. https://doi.org/10.1186/s12938-016-0208-8.Xu Zhang, Meimei Zhang, Shengkun Zheng, Liqi Wang, Jilun Ye (2016) A New Method for Noninvasive Venous Blood Oxygen Detection. BioMedical Engineering OnLine. 15 (84). https://doi.org/10.1186/s12938016-0208-8.Johns, M. W. A New Method for Measuring Daytime Sleepiness: The Epworth Sleepiness Scale / M. W. Johns // Sleep. 1991. Vol. 14, No 6. Р. 540–545.Johns M. W. (1991) A New Method for Measuring Daytime Sleepiness: The Epworth Sleepiness Scale. Sleep. 14 (6), 540–545.Using the Berlin Questionnaire to Identify Patients at Risk for the Sleep Apnea Syndrome / N. C. Netzer [et al.] // Ann Intern Med. 1999. Vol. 131, No 7. Р. 485–491.Netzer N. C., Stoohs R. A., Netzer C. M., Clark K., Strohl K. P. (1999) Using the Berlin Questionnaire to Identify Patients at Risk for the Sleep Apnea Syndrome. Ann Intern Med. 131 (7), 485–491.Chung, F. STOP Questionnaire: A Tool to Screen Patients for Obstructive Sleep Apnea / F. Chung, B. Yegneswaran, P. Liao // Anesthesiology. 2008. Vol. 108, No 5. Р. 812–821.Chung F., Yegneswaran B., Liao P. (2008) STOP Questionnaire: A Tool to Screen Patients for Obstructive Sleep Apnea. Anesthesiology. 108 (5), 812–821.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.