Un dispositivo portátil basado en luz para detectar la apnea del sueño

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La apnea del sueño, el trastorno en el que se altera la respiración normal durante el sueño, puede afectar negativamente la salud mental y física de una persona. En una colaboración de investigación del Eindhoven MedTech Innovation Center (e/MTIC) en la que participan TU/e y el Centro de Epilepsia y Sueño de Kempenhaeghe, Gabriele Papini ha desarrollado una forma de controlar la apnea del sueño mediante un dispositivo compacto de pulsera que es cómodo de llevar y se puede Se utiliza para la vigilancia del hogar a largo plazo. Papini defiende su tesis doctoral el 18 de febrero en el departamento de Ingeniería Eléctrica.

Leonardo da Vinci dijo una vez: «Un día bien empleado trae un sueño feliz», pero también es cierto lo contrario. El sueño es fundamental para el descanso y la recuperación física y mental, pero el sueño adecuado puede verse interrumpido por varios trastornos, uno de los más comunes es la apnea obstructiva del sueño (AOS), que afecta a mil millones de personas en todo el mundo.

«Hasta el 80 % de las personas con AOS moderada o grave pueden no ser diagnosticadas, lo que puede tener un impacto significativo en la salud», dice Gabriele Papini, investigadora de doctorado en el Laboratorio de Diagnóstico Biomédico del departamento de Ingeniería Eléctrica.

OSA bloquea el flujo regular de aire, lo que puede interrumpir el sueño y privar al cuerpo de un suministro adecuado de oxígeno. «Si no se trata, los efectos de la AOS incluyen somnolencia diurna, fatiga y problemas cardiovasculares», señala Papini. «Por lo tanto, el diagnóstico oportuno es esencial».

Pasando a los dispositivos portátiles

En las pruebas clínicas, los estándares de oro para el diagnóstico de AOS son la polisomnografía y las pruebas poligráficas de apnea del sueño, pero ambas requieren un persona use sensores durante la noche para controlar funciones como la actividad cerebral, la frecuencia cardíaca y la actividad muscular.

«Las señales de los diferentes sensores se combinan y la cantidad de eventos respiratorios inusuales por hora de sueño se cuenta en el señal combinada», dice Papini. «Esto se conoce como índice de apnea-hipopnea».

Sin embargo, las herramientas estándar de oro para la AOS no son adecuadas para la detección y el control durante varias noches, ya que los sensores pueden ser incómodos de usar, pueden afectar el sueño, y sería imposible que una persona lo use en casa. «Mi investigación buscó una forma de tomar medidas de manera cómoda que pudiera usar un paciente en casa, y que también resuelve los problemas de detección y monitoreo».

¿Y la clave de la solución de Papini? Bueno, es un método inspirado en dispositivos portátiles populares, como relojes inteligentes y monitores de actividad física.

Obteniendo luz verde

«Queríamos diseñar un sistema que fuera compacto, que no necesitara ser operado por un médico del sueño, y que alguien podría usar fácilmente», dice Papini.

Entonces, Papini y sus colegas desarrollaron un método utilizando un dispositivo de pulsera que parece un reloj inteligente o un rastreador de actividad física e implica iluminar la piel con luz verde de LED. Parte de la luz es reflejada por la sangre en el cuerpo y luego detectada por un sensor de luz.

Y para la investigación, 500 personas, tanto personas sanas como personas con trastornos del sueño como AOS o insomnio, usaron el dispositivo mientras duerme. Más sobre estos experimentos en un momento, pero ¿qué información contiene la señal de luz reflejada?

«Primero, la señal contiene pulsos de latidos cardíacos, que pueden verificarse en busca de cambios que podrían estar relacionados con OSA», dice Papini. «La misma señal también contiene información sobre el sistema respiratorio, y esto también se puede usar para diagnosticar AOS, pero antes de analizar adecuadamente la señal, necesitábamos mejorar la calidad de la señal».

Durante el sueño, el ruido de la señal puede son el resultado de factores como el movimiento o el aumento de la presión sobre el reloj durante el sueño. Entonces, Papini calculó un pulso promedio a partir de la señal, comparó cada pulso con el pulso promedio para encontrar los pulsos afectados por el ruido y luego los eliminó. Como la AOS afecta la respiración normal, Papini aisló la parte respiratoria de la señal observando las variaciones en las amplitudes del pulso.

Poniéndola a prueba experimental

Con la muñeca dispositivo de luz verde desgastado y una forma de obtener señales limpias en su lugar, luego se puso a prueba el dispositivo. Sin embargo, las señales son bastante complejas de analizar, por lo que Papini recurrió al aprendizaje profundo en busca de ayuda.

«Utilizamos modelos convolucionales de aprendizaje profundo para identificar los eventos respiratorios y luego los usamos para calcular la apnea. índice de hipopnea (IAH) de un paciente», señala Papini.

El modelo de aprendizaje profundo se entrenó por primera vez con grabaciones de 250 pacientes con y sin trastornos del sueño. Luego, el modelo entrenado se usó para verificar la AOS en las señales de otros 250 pacientes. Y los resultados fueron bastante prometedores.

«Los valores de AHI calculados con nuestro dispositivo de muñeca concordaron con los valores de AHI calculados con los enfoques estándar de oro. Por lo tanto, es concebible que una persona use este dispositivo para detectar y monitorear la AOS en casa», dice Papini.

Sueño futuro

Los resultados prometedores tienen a Sebastiaan Overeem, somnólogo de Kempenhaeghe y supervisor principal de Papini, muy optimista sobre el futuro: «Esperemos que esta investigación conduzca a nuevas técnicas que, además de un mejor diagnóstico, también puedan verificar la eficacia de los tratamientos para pacientes con trastornos del sueño. Y lo que es más importante, el dispositivo podría usarse en casa y durante períodos prolongados de tiempo». tiempo».

Papini se apresura a señalar un aspecto importante del dispositivo de muñeca. «Desafortunadamente, no es tan preciso como los métodos estándar de oro, particularmente aquellos que miden las ondas cerebrales, y nunca reemplazará al estándar de oro. Pero los médicos pueden pedirles a los pacientes que usen el dispositivo cuando quieran monitorear la AOS durante mucho tiempo y sin necesidad de hacerlo». para muchos cables y sensores».

Entonces, mientras da Vinci profesaba la importancia de un día bien aprovechado para un sueño feliz, su compatriota italiano Gabriele Papini ha creado un dispositivo para diagnosticar la causa del sueño infeliz que podría ayudar a más y más personas a experimentar esos días bien aprovechados.

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¿Cansado de CPAP? Nuevos conocimientos sobre el diagnóstico de la apnea del sueño Más información: Tesis: research.tue.nl/en/publication … toring-using-cardiov Proporcionado por la Universidad Tecnológica de Eindhoven Cita: Un dispositivo portátil basado en la luz para detectar la apnea del sueño (2022, 18 de febrero) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/ 2022-02-light-based-wearable-apnea.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.