Создано портативное устройство для обнаружения апноэ во время сна

Сон имеет решающее значение для нашего отдыха, как физического, так и умственного. Он восстанавливает организм. Но правильный сон может быть нарушен несколькими расстройствами, одним из которых является обструктивное апноэ во сне – наиболее распространенное. От него страдает миллиард человек во всем мире.  Это расстройство, при котором во время сна нарушается нормальное дыхание, что может негативно повлиять на психическое и физическое здоровье человека, сообщает medicalxpress.

«До 80% людей с умеренным или тяжелым апноэ могут остаться недиагностированными, что может оказать существенное влияние на здоровье», – говорит Габриэле Папини, научный сотрудник лаборатории биомедицинской диагностики на кафедре электротехники.

В рамках исследовательского сотрудничества Эйндховенского центра инноваций MedTech (e/MTIC) с участием TU/e ​​и Центра эпилепсии и сна Кемпенхэге, Габриэле Папини разработал способ мониторинга апноэ во сне с помощью компактного устройства для ношения на запястье, которое можно удобно носить с собой и использовать для длительного домашнего мониторинга. 

Апноэ блокирует нормальное дыхание или вызывает резкую остановку дыхания во сне. «Если не лечить, его последствия включают сонливость в дневное время, усталость и сердечно-сосудистые заболевания», – отмечает Папини. – Таким образом, своевременная диагностика имеет важное значение».

Переход на носимые устройства

В клинических тестах золотыми стандартами диагностики апноэ являются полисомнография и полиграфические тесты на апноэ во сне, но оба требуют, чтобы человек ночью носил датчики  для мониторинга таких функций, как активность мозга, частота сердечных сокращений и мышечная активность.

«Сигналы от разных датчиков объединяются, и количество необычных респираторных событий за час сна подсчитывается в объединенном сигнале», – говорит Папини.

Однако эти инструменты не подходят для скрининга и мониторинга в течение нескольких ночей, поскольку датчики могут быть неудобными для ношения, могут влиять на сон и человек не может использовать их дома. 

«Мы хотели разработать компактную систему, которой не нужно было бы управлять сомнологу, и которую любой мог бы легко использовать самостоятельно», – говорит Папини. Разработка вдохновлена популярными носимыми устройствами, такими как умные часы и фитнес-трекеры.

Получение зеленого света

Папини и его коллеги разработали метод с использованием носимого на запястье устройства, предусматривающего подсветку кожи зеленым светом светодиодов. Часть света отражается кровью в организме, а затем обнаруживается датчиком света.

«Этот сигнал содержит импульсы сердцебиения. Их можно проверить на наличие изменений, которые могут быть связаны с апноэ, – говорит Папини. – Тот же сигнал также содержит информацию о дыхательной системе, и ее также можно использовать для диагностики апноэ».

Экспериментальное испытание

Сигналы довольно сложны для анализа, поэтому Папини обратился к методу глубокого обучения. Это совокупность методов машинного обучения основанных на обучении представлениям, а не отдельным алгоритмам под конкретные задачи.

«Мы использовали модели глубокого обучения для идентификации респираторных событий, а затем использовали их для расчета индекса апноэ-гипопноэ (ИАГ) для пациента», – отмечает Папини. Гипопноэ – это частичная остановка дыхания во сне, когда в легкие поступает недостаточно кислорода. 

Для исследования 500 человек носили устройство во время сна. Модель сначала была обучена с использованием записей 250 пациентов с нарушениями сна и без них. Затем ее применили для проверки наличия апноэ по сигналам еще 250 пациентов. И результаты были весьма многообещающими.

«Значения ИАГ, рассчитанные с помощью нашего наручного устройства, хорошо согласовывались со значениями ИАГ, рассчитанными с использованием подходов золотого стандарта. Таким образом, человек может использовать это устройство для скрининга и мониторинга апноэ дома», – говорит исследователь. 

Будущий сон

Многообещающие результаты заставляют Себастьяна Оверима, сомнолога в Кемпенхэге и главного научного руководителя Папини, с оптимизмом смотреть в будущее: «Мы надеемся, что это исследование приведет к новым методам, которые, в дополнение к лучшей диагностике, также смогут проверить эффективность лечения пациентов с нарушениями сна. И, что немаловажно, устройство можно будет использовать дома и в течение длительного периода времени».

Папини также отметил важный аспект нового прибора. «К сожалению, он не так точен, как подходы золотого стандарта, особенно те, которые измеряют мозговые волны, и никогда не заменит эти методы полностью. Но клиницисты могут попросить пациентов использовать устройство, когда они хотят контролировать апноэ в течение длительного времени».