新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備在阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征中的應(yīng)用

章堅(jiān) 凌海波

0 引言

睡眠質(zhì)量對(duì)人體健康具有重要作用，阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome ,OSAHS)是成年人常見(jiàn)疾病，嚴(yán)重地?fù)p害了人體健康，尤其其并發(fā)癥很多，例如高血壓、心律失常等，嚴(yán)重的可能會(huì)導(dǎo)致呼吸衰竭等，甚至引起死亡。相關(guān)調(diào)查數(shù)據(jù)顯示全球每天因OSAHS及由此引發(fā)的并發(fā)癥而亡病的人數(shù)約達(dá)到3000人[1]。因此對(duì)患者睡眠時(shí)的生理信號(hào)進(jìn)行準(zhǔn)確可靠的監(jiān)測(cè)有助于病癥的治療和控制[2]。

目前全球科研中對(duì)睡眠呼吸暫停綜合征的關(guān)注點(diǎn)主要集中在醫(yī)療器械監(jiān)測(cè)設(shè)備的研發(fā)，目標(biāo)是為患者提供可靠、準(zhǔn)確的監(jiān)測(cè)設(shè)備，提升患者臨床診療和生活質(zhì)量。

當(dāng)前，多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(cè)儀(polysomnography，PSG)在臨床上較為常用，其以國(guó)際通用標(biāo)準(zhǔn)為參照來(lái)對(duì)患者夜間睡眠相關(guān)的一系列指標(biāo)進(jìn)行記錄。借助眼動(dòng)圖、腦電圖、下頜肌電圖能夠支持對(duì)患者睡眠狀態(tài)的判斷、睡眠分期與睡眠結(jié)構(gòu)的分析及睡眠疾病的研究，但PSG也存在明顯缺陷，尤其是其監(jiān)測(cè)程序較繁雜、傳感電極多容易影響患者入睡，并具有監(jiān)測(cè)耗時(shí)長(zhǎng)、費(fèi)用高、環(huán)境要求嚴(yán)格、患者依從性不足等缺點(diǎn)，難以在基層普及開(kāi)展。近年來(lái)隨著微波探測(cè)生命信號(hào)技術(shù)在醫(yī)療監(jiān)測(cè)領(lǐng)域的應(yīng)用，新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備受到了越來(lái)越多的關(guān)注。新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備是利用雷達(dá)探測(cè)技術(shù)監(jiān)測(cè)生命呼吸信號(hào)的便攜式儀器，它可通過(guò)呼吸頻率來(lái)計(jì)算快速眼動(dòng)睡眠，同時(shí)計(jì)算出睡眠的分期，經(jīng)皮膚紅外探測(cè)方法可監(jiān)控患者的血氧飽和度、心率等，屬于非侵入性的便攜式睡眠監(jiān)測(cè)。已有研究證明從有創(chuàng)侵入性的監(jiān)測(cè)系統(tǒng)過(guò)渡到無(wú)創(chuàng)遙測(cè)系統(tǒng)監(jiān)測(cè)后，患者生命體征和心電等的可靠性和安全性并沒(méi)有降低[3]。

由于新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)無(wú)需接觸患者身體，語(yǔ)音指示患者入睡位置與注意事項(xiàng)即可，監(jiān)測(cè)過(guò)程中或者監(jiān)測(cè)完畢可以通過(guò)自帶無(wú)線系統(tǒng)接收監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)[4]，并出具報(bào)告,因此可以減少因傳感器接觸身體而干擾到患者睡眠，也降低了發(fā)生交叉感染的概率。本文對(duì)新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備在睡眠呼吸暫停綜合征中的應(yīng)用效果進(jìn)行分析，為評(píng)估其臨床應(yīng)用價(jià)值提供參考。

1 新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)技術(shù)及設(shè)備

新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備采用24 GHz的雷達(dá)波掃描人體，在反射回來(lái)的雷達(dá)波中含有人體的體動(dòng)、呼吸及心率等體征信號(hào)，通過(guò)分析這些信號(hào)可以判斷人體的生理和健康狀況。

該設(shè)備通過(guò)電源模塊和主控模塊來(lái)分析人體的血氧飽和度、微弱電生理信號(hào)以及進(jìn)行呼吸檢測(cè)。下位機(jī)嵌入式軟件完成上述數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)和傳輸，定義通信協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)，與上位機(jī)用戶交互軟件共同實(shí)現(xiàn)所有監(jiān)測(cè)生理信號(hào)的實(shí)時(shí)、同步顯示功能。

其中，微弱電生理信號(hào)模塊采集方案由前級(jí)低倍率方法、后級(jí)高精度AD轉(zhuǎn)換電路進(jìn)行，總計(jì)采集6路頭皮腦電信號(hào)，2路眼電信號(hào)，2路肌電信號(hào)，3導(dǎo)聯(lián)心電。血氧飽和度的檢測(cè)采用主控模塊控制下驅(qū)動(dòng)電路驅(qū)動(dòng)血氧飽和度傳感器探頭來(lái)實(shí)施，采集到光信號(hào)中的脈動(dòng)成分分離成交流分量和直流分量，然后經(jīng)過(guò)電路放大、濾波處理，將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字量，就可以計(jì)算得到血氧飽和度數(shù)值。呼吸檢測(cè)釆集3路呼吸信號(hào)，其中1組采用鼻氣流傳感器，2組采用胸腹呼吸束縛帶，兩種應(yīng)變式檢測(cè)傳感器均采用北京頤松公司相關(guān)產(chǎn)品，其價(jià)格低，傳感器的精度較高，滿足呼吸氣流檢測(cè)的使用需求。

2 臨床應(yīng)用

2.1 儀器設(shè)備

PSG-323多參數(shù)監(jiān)護(hù)模擬儀，新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備(蘇州新導(dǎo)智能科技有限公司，24 GHz)。

2.2 入組人群

從行睡眠監(jiān)測(cè)的患者中隨機(jī)選取30名目標(biāo)對(duì)象，最終將有整夜完整記錄的26例患者被納入本次研究中。其中男性患者20例(76.92%)，女性患者6例(23.08%)。年齡為(37.0±2.7)歲，區(qū)間為21～ 70歲。這26例患者中，有23例患者屬于超重(88.46%)，3例患者屬于肥胖(11.54%)。

為了避免患者自身不同的主觀感受會(huì)影響到研究的最終結(jié)果，在本次實(shí)驗(yàn)中只是患者家屬簽署了同意書，患者處于不知情的狀態(tài)，且將有過(guò)睡眠監(jiān)測(cè)經(jīng)歷的患者也排除在外。

2.3 研究方法

將PSG-323多參數(shù)監(jiān)護(hù)模擬儀、新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備同時(shí)作用于同一受試者，行整夜睡眠監(jiān)測(cè)，監(jiān)測(cè)時(shí)間應(yīng)控制在7 h或7 h以上[3]，整個(gè)過(guò)程都在醫(yī)院睡眠醫(yī)學(xué)中心完成，導(dǎo)連、電極安裝均交給專業(yè)人員，并借助于紅外視頻手段做好整夜記錄。

PSG-323多參數(shù)監(jiān)護(hù)模擬儀和新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備監(jiān)測(cè)結(jié)果的記錄分別交由一位專業(yè)人員，且要保證記錄期間一方對(duì)另一方的記錄結(jié)果均處于不知情的狀態(tài)。對(duì)于記錄結(jié)果的分析，首先為機(jī)器自動(dòng)分析，之后再通過(guò)人工矯正分析來(lái)加以補(bǔ)充和完善。

2.4 評(píng)價(jià)指標(biāo)

本研究以PSG-323多參數(shù)監(jiān)護(hù)模擬儀的數(shù)據(jù)結(jié)果為金標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備進(jìn)行評(píng)價(jià)，指標(biāo)主要包括可靠性和有效性、敏感性和特異性。

可靠性和有效性：將設(shè)備的心電原始信號(hào)設(shè)置為發(fā)生幅值為1.0 mV,頻率為30次/min，通過(guò)上位機(jī)軟件控制界面來(lái)監(jiān)測(cè)心電信號(hào)，與原始信號(hào)從幅值和頻率指標(biāo)上進(jìn)行對(duì)比，從而標(biāo)定監(jiān)測(cè)系統(tǒng)。

穩(wěn)定性：在系統(tǒng)進(jìn)入工作模式后通過(guò)監(jiān)測(cè)研究對(duì)象狀態(tài)，對(duì)系統(tǒng)長(zhǎng)期運(yùn)行的穩(wěn)定性加以分析。

敏感性和特異性：本實(shí)驗(yàn)選擇呼吸暫停低通氣指數(shù)(apnea hyponea index， AHI)作為該設(shè)備監(jiān)測(cè)敏感性和特異性的觀察指標(biāo)。OSAHS的診斷標(biāo)準(zhǔn)為：5

靈敏度=真陽(yáng)性人數(shù)/(真陽(yáng)性人數(shù)+假陰性人數(shù))×100%

特異度=真陰性人數(shù)/(真陰性人數(shù)+假陽(yáng)性人數(shù))×100%

3 應(yīng)用結(jié)果與分析

3.1 基本參數(shù)對(duì)比

新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備與市場(chǎng)上主流臺(tái)式呼吸睡眠監(jiān)測(cè)設(shè)備Nicolet PSG的基本參數(shù)對(duì)比見(jiàn)表1。由表可見(jiàn)，新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備在精度、大小、體積方面表現(xiàn)突出，同時(shí)低功耗設(shè)計(jì)有效保障系統(tǒng)能夠連續(xù)工作不小于12 h，具備了低功耗、便攜式睡眠監(jiān)測(cè)設(shè)備的明顯優(yōu)勢(shì)。

表1 設(shè)備參數(shù)對(duì)比

3.2 可靠性和有效性測(cè)試結(jié)果

新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備控制界面顯示波形如圖1所示。從測(cè)試波形中可以提取A和B兩個(gè)參數(shù)。

A：心電信號(hào)幅值占2格(每格為5 mm)，計(jì)算得到其幅值應(yīng)為1.0 mV。

B：擁有峰值距離為10格的心電信號(hào)值，計(jì)算得到峰值間距為50 mm，而界面右下角對(duì)波形量程信息有所顯示，表達(dá)為25.0 mm/s的時(shí)間軸和10.0 mm/mV的幅值軸。

由圖1可見(jiàn)新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備標(biāo)定結(jié)果理想，可以進(jìn)行生理信號(hào)的監(jiān)測(cè)，具備很好的可靠性和有效性。

圖1 上位機(jī)控制界面顯示波形

3.3 穩(wěn)定性測(cè)試結(jié)果

系統(tǒng)完成了全部測(cè)試環(huán)節(jié)，整個(gè)過(guò)程中沒(méi)有軟硬件故障，所采集的信號(hào)波形如圖2所示，后期監(jiān)測(cè)環(huán)節(jié)中采集了6路腦電中的2路信號(hào)，也對(duì)系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了有效的佐證。

圖2 系統(tǒng)穩(wěn)定性測(cè)試

3.4 特異性和敏感度分析

26例受試者新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備和PSG-323金標(biāo)準(zhǔn)的診斷結(jié)果見(jiàn)表2。

表2 新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備診斷結(jié)果

由表2中的數(shù)據(jù)可計(jì)算出，新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備篩查OSAHS的靈敏度為95%， 特異度為83.4%，Youden指數(shù)為0.784(P<0.01)。

4 討論與結(jié)論

OSAHS患者的頦舌肌所具有的肌肉補(bǔ)償功能并不足以支持對(duì)氣道負(fù)荷的正常抵消，由此，在通暢性難以維持之下便造成了阻塞性呼吸事件發(fā)生頻率的大幅增加。相關(guān)研究顯示，在一些專業(yè)診斷儀器較為缺乏的基層單位，簡(jiǎn)易診斷的標(biāo)準(zhǔn)與方法是有其一定適用性的，其依據(jù)主要集中在病史、體檢、ESS評(píng)分等方面[5]。新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備作為近年來(lái)有著較多應(yīng)用的便攜式儀器的一種，能夠依靠呼吸頻率來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)快速眼動(dòng)睡眠和睡眠分期的計(jì)算，運(yùn)用皮膚紅外探測(cè)手段能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)病例血氧飽和度和夜間心率的監(jiān)測(cè)，且監(jiān)測(cè)方式帶有顯著的非侵入性特征[6]。現(xiàn)有研究已經(jīng)證實(shí)，監(jiān)測(cè)系統(tǒng)在由有創(chuàng)侵入完成向無(wú)創(chuàng)遙測(cè)的過(guò)渡之后，并未弱化病例心電圖、生命特征等的安全性與可靠性。

無(wú)接觸監(jiān)測(cè)設(shè)備所具有的一個(gè)顯著優(yōu)勢(shì)是可降低發(fā)生交叉感染的概率，尤其是在當(dāng)下全面抗擊新冠肺炎的大環(huán)境下這一優(yōu)勢(shì)就表現(xiàn)得更加突出。在新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用中，距離病例約1 m的位置放置主機(jī)，除在手指上佩戴血氧指環(huán)之外，不需要與病例身體發(fā)生任何接觸，監(jiān)測(cè)過(guò)程中對(duì)患者的提示和注意事項(xiàng)的告知通過(guò)語(yǔ)言形式來(lái)完成，且在完成監(jiān)測(cè)之后，對(duì)于監(jiān)測(cè)數(shù)據(jù)的接收也是通過(guò)無(wú)線系統(tǒng)來(lái)完成的[7]。當(dāng)無(wú)接觸監(jiān)測(cè)設(shè)備可以達(dá)到與標(biāo)準(zhǔn)相一致的準(zhǔn)確率的情況下，其在控制感染方面就有著顯著的優(yōu)勢(shì)，耗材成本大幅下降。

綜上，新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備可應(yīng)用于OSAHS中，首先是可靠性和有效性較好，且在精度、大小和體積方面都表現(xiàn)出比PSG-323多參數(shù)監(jiān)護(hù)模擬儀更好的優(yōu)勢(shì)；同時(shí)低功耗設(shè)計(jì)能夠使得系統(tǒng)連續(xù)工作不低于12 h；且在敏感性和特異性方面，新型遠(yuǎn)程雷達(dá)監(jiān)測(cè)設(shè)備都有著比較好的表現(xiàn)。