一种检测睡眠呼吸暂停的光穿戴设备

睡眠呼吸暂停是一种在睡眠中正常呼吸受到干扰的疾病，会对人的身心健康产生负面影响。在埃因霍温医疗科技创新中心(e/MTIC)的研究合作中，TU/e和Kempenhaeghe癫痫和睡眠中心的Gabriele Papini开发了一种监测睡眠呼吸暂停的方法，使用一种小巧的手腕式设备，佩戴舒适，可以用于长期的家庭监测。帕皮尼将于2月18日在电气工程系为他的博士论文进行答辩。

列奥纳多·达·芬奇曾说过:“好好度过的一天会带来快乐的睡眠”，但反之亦然。睡眠对于身心的休息和恢复是至关重要的，但正常的睡眠会被几种紊乱所干扰，其中最常见的是睡眠障碍呼吸暂停这种疾病影响着全球10亿人。

电气工程系生物医学诊断实验室的博士研究员加布里埃尔·帕皮尼说:“高达80%的中度或重度OSA患者可能没有被诊断出来，这可能会对健康产生重大影响。”

阻塞性睡眠呼吸暂停会阻碍空气的正常流动，从而扰乱睡眠，剥夺身体充足的氧气供应。帕皮尼指出:“如果不及时治疗，阻塞性睡眠呼吸暂停的影响包括白天嗜睡、疲劳和心血管问题。”“所以，适时的诊断至关重要。”

转向这套

在临床测试中，睡眠呼吸暂停综合症诊断的金标准是多导睡眠描记术和睡眠呼吸暂停描记术，但两者都需要患者佩戴传感器过夜，以监测大脑活动、心率和肌肉活动等功能。

帕皮尼说:“来自不同传感器的信号被组合起来，每小时睡眠中不寻常呼吸事件的数量被计算在组合信号中。”“这就是所谓的呼吸暂停-低呼吸指数。”

然而，金标准OSA工具不适合筛查和监测多个晚上，因为传感器可能不舒服，可能影响睡眠，不可能在家里使用。“我的研究着眼于一种可以让病人在家使用的舒适测量方法，同时也解决了筛查和监测问题。”

帕皮尼解决方案的关键是什么?这种方法的灵感来自于智能手表和健身追踪器等流行的可穿戴设备。

获得批准

帕皮尼说:“我们想设计一个紧凑的系统，不需要睡眠临床医生操作，而且人们可以很容易地自己使用。”

因此，帕皮尼和他的同事们开发了一种方法，使用一种腕式设备，看起来像智能手表或健身追踪器，用led的绿光照亮皮肤。部分光线被体内的血液反射，然后被光传感器检测到。

在这项研究中，500人在睡觉时佩戴了该设备，其中既有健康的人，也有患有睡眠障碍(如OSA或失眠)的人。关于这些实验的更多信息，但是反射光信号中包含了什么信息呢?

“首先，信号包含心跳脉冲，可以检查可能与阻塞性睡眠呼吸暂停有关的变化，”帕皮尼说。“同样的信号还包含呼吸系统的信息，这也可以用来诊断OSA，但在正确分析信号之前，我们需要提高信号质量。”

在睡眠时，信号噪声可能是由运动或睡眠时手表压力增加等因素造成的。因此，Papini从信号中计算出一个平均脉冲，将每个脉冲与平均脉冲进行比较，找出受噪声影响的脉冲，然后去除它们。由于正常呼吸会受到OSA的影响，帕皮尼随后通过观察脉搏振幅的变化来分离呼吸信号的部分。

进行实验测试

戴在手腕上的绿光装置和一种获取清洁信号的方法之后，该装置就开始接受测试。然而，这些信号分析起来相当复杂，所以帕皮尼求助于深度学习。

“我们使用深度学习卷积模型来识别呼吸事件，然后使用这些来计算患者的呼吸暂停低通气指数(AHI)，”Papini指出。

深度学习模型首先使用250名睡眠障碍患者和无睡眠障碍患者的录音进行训练。然后用训练好的模型检测另外250名患者信号中的OSA。结果是很有希望的。

“用我们的腕带式设备计算的AHI值与用金标准方法计算的AHI值很好地一致。因此，人们可以在家里使用这种设备来筛查和监测OSA，”帕皮尼说。

未来的睡眠

Kempenhaeghe的睡眠学家、Papini的主要主管Sebastiaan Overeem对未来非常乐观:“希望这项研究能带来新的技术，除了更好的诊断之外，还能检查睡眠障碍患者的治疗效率。重要的是，该设备可以在家里长时间使用。”

不过帕皮尼很快就指出了这款腕戴式设备的一个重要方面。“不幸的是，它没有金本位方法准确，特别是那些测量脑电波的方法，而且永远不会取代金本位。但当临床医生希望长时间监测OSA时，可以要求患者使用该设备，而不需要大量电缆和传感器。”

因此，当达·芬奇宣称睡眠充足对幸福睡眠的重要性时，他的意大利同胞加布里埃尔·帕皮尼发明了一种设备，可以诊断睡眠不愉快的原因，帮助越来越多的人体验睡眠充足的日子。

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