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

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) que involucra a TU/e ​​y el Centro de Epilepsia y Sueño de Kempenhaeghe, Gabriele Papini ha desarrollado una forma de monitorear la apnea del sueño utilizando un dispositivo compacto de muñeca que es cómodo de usar y puede ser 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 aprovechado 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 wearables

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 que una persona use sensores durante la noche para monitorear 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 la señal combinada», dice Papini. «Esto se conoce como el índice de apnea-hipopnea».

Sin embargo, las herramientas de AOS estándar de oro 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 los use en casa. «Mi investigación buscó una manera de tomar medidas de una manera cómoda que podría ser utilizada por 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 los dispositivos portátiles populares, como los relojes inteligentes y los rastreadores de actividad física.

Obtener la luz verde

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

Entonces, Papini y sus colegas desarrollaron un método utilizando un dispositivo de muñeca 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 del 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 dormían. 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 puedan estar relacionados con la 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 deberse a factores como el movimiento o una mayor 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.

Poniéndolo a prueba experimental

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

«Usamos modelos convolucionales de aprendizaje profundo para identificar los eventos respiratorios y luego los usamos para calcular el índice de apnea-hipopnea (AHI) para un paciente», señala Papini.

El modelo de aprendizaje profundo se entrenó por primera vez utilizando 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 concordaban bien 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 controlar la AOS en casa», dice Papini.

sueño futuro

Los prometedores resultados 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 comprobar la eficacia de los tratamientos para los pacientes». con trastornos del sueño y, lo que es más importante, el dispositivo podría usarse en casa y durante períodos prolongados de tiempo».

Sin embargo, Papini se apresura a señalar un aspecto importante del dispositivo de pulsera. «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.