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穿戴式裝置新應用 - 睡眠呼吸中止症之居家檢測與監控

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穿戴式裝置新應用 - 睡眠呼吸中止症之居家檢測與監控
  • 作者

    劉文德
  • 簡介

    劉文德醫師長期致力於改善睡眠呼吸障礙及相關問題。劉醫師所指導的「結合人工智慧與物聯網科技發展精準睡眠醫學」計畫,整合多維度生理參數量測與環境因子,提升睡眠醫療服務品質,發展睡眠障礙預測模型以及預防治療策略,於2020年取得科技部AI投資潛力獎第一名和國家醫療品質獎智慧醫療標章。

  • 單位

    臺北醫學大學
  • 文章來源

    Hsu YS, Chen TY, Wu D, Lin CM, Juang JN, Liu WT. Screening of obstructive sleep apnea in patients who snore using a patch-type device with electrocardiogram and 3-axis accelerometer. J Clin Sleep Med. 2020 Jul 15;16(7):1149-1160. doi: 10.5664/jcsm.8462. PMID: 32267228.
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  睡眠呼吸中止症是最常見的睡眠障礙。睡眠檢測目前以多項生理檢查為診斷的黃金標準,但是等待時間過長,且可能因為環境改變或干擾造成評估失準,因此,迫切需要開發簡易且精準的居家檢測裝置。劉文德醫師導入路提科技(Rooti)開發的貼心貼心電圖貼片系統,應用於居家睡眠檢測,先進行該穿戴式裝置之信效度分析,再進行醫院與居家的比對。在識別重度的睡眠呼吸中止症患者,該裝置偵測準確度高達88%。在醫院與居家的比對中我們發現,由於導線干擾限制睡眠姿勢,可能是傳統的睡眠多項生理檢查結果被高估的主因。穿戴式裝置體積小,干擾程度低,且可長期使用,可作為居家睡眠篩檢和長期追蹤的利器。


  睡眠呼吸中止症(Sleep Apnea)是最常見的睡眠障礙,根據美國的研究,超過一半的成年人曾經或現階段受到睡眠障礙困擾;由於顱骨結構的差異,亞洲人氣道較為狹窄,睡眠呼吸中止症的盛行率預期較歐美族群更高。根據臺灣睡眠醫學學會的統計資料指出,臺灣民眾每十人約有一人患有睡眠障礙,然而,臺灣健保資料庫的資料卻顯示,睡眠呼吸中止症的診斷盛行率僅有不到千分之五,明顯低估睡眠呼吸中止對於健康的衝擊與檢查治療的需求。睡眠是維持正常生理功能的必要條件,睡眠不足時,便會有疲倦、頭痛、視力衰退、情緒激動、注意力下降等情況出現。研究顯示,睡眠障礙可能導致學業表現和工作績效降低,癡呆症的風險提高,抑鬱症、心血管以及呼吸系統疾病的相關症狀惡化等。

  目前睡眠呼吸中止症的檢查黃金標準乃是睡眠多項生理檢查(Polysomnography, PSG),雖然睡眠多項生理檢查收集的生理訊息完整詳盡,但仍有其限制與不足:該檢查需要受測者在設備完整的睡眠實驗室睡上一晚,近年來因為民眾對睡眠健康的意識提升但提供檢驗的床位並未同步增加,因此等待時間延長。除此之外,睡眠環境(燈光、溫度、氣味、床墊軟硬度等)的改變,與受測者需在身上黏貼多條神經檢測導線等,均可能對受測者的睡眠品質及結構造成影響。因此,劉文德醫師大力提倡讓新科技走入居家,應用簡便的穿戴式裝置與人工智慧輔助睡眠呼吸中止症之診斷、日常監測與療效評估。

  近年來許多科技公司積極研發居家睡眠檢測裝置(Home sleep testing, HST)。劉醫師帶領臺北醫學大學睡眠研究團隊與雙和醫院睡眠中心,率先引進國內新創公司路提科技(Rooti)所開發的貼心貼單極導程心電圖貼片與紀錄系統(衛部醫器製字第005772號)應用於睡眠呼吸中止症之檢測。相較傳統生理檢查而言,穿戴式裝置體積小,對睡眠檢查受測者影響程度較低,且輕便可攜,適合使用於居家場域。

  首先,針對裝置進行信效度分析,分別以穿戴式裝置紀錄到的周期性心率變化(Cyclic Variation of Heart Rate, CVHR)和胸部作動(Chest Effort, CE)與睡眠多項生理檢查所評估的呼吸中止與呼吸低下指數(AHI)進行相關性的分析,並建立鑑別模型。為避免單一訊號可能的偏誤,亦嘗試將上述兩指標結合。研究發現在識別重度睡眠呼吸中止症患者時,使用兩種生理信號之聯集辨識率最高,可達87.8%。接著,為釐清傳統睡眠多項生理檢查是否因為環境改變與神經導線干擾造成評估失準,研究比較了居家與醫院環境下的檢測結果,相較於居家環境,受測者在醫院的睡眠呼吸中止嚴重度顯著較高,同時,在醫院仰臥睡姿的比例也顯著較高。爲瞭解影響程度、原因和最易感族群,進行分組分析,發現在家習慣仰臥睡姿的受測者,在醫院檢測時嚴重度被高估的情形最為嚴重。而依照睡眠呼吸中止症嚴重度分組,則可發現重度患者高估情形最為顯著。研究結果顯示由於神經檢測導線干擾,限制受測者的睡姿,而仰臥是容易發生睡眠呼吸中止事件的睡姿,因此造成在醫院檢測時嚴重度被高估的情形。

  隨著科技與人工智慧的發展,許多穿戴式裝置已經被證實應用在睡眠檢測的可行性。與傳統睡眠多項檢測相比,穿戴式裝置可以大幅降低醫療系統的成本,縮短診斷需要的時間,應用在居家情境下,所記錄到的指數也較能反應受測者的真實情況。此外,穿戴式裝置可以長時間紀錄,作為病程監測與療效評估的工具;日間也能記錄心率變化和活動量,搭配手機應用程式,作為運動輔助裝置。本次推廣過程中,我們也收集病患的意見反饋,提供多項建議供廠商修正與補強,完善使用流程,以利未來推廣。

 

 延伸閱讀-科技部(科技大觀園) 

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