Smartphone-aktiveret registrering af natlig hostefrekvens og søvnkvalitet som en prognostisk markør for astmakontrol

Astma, en kronisk luftvejssygdom, hører til de mest udbredte kroniske tilstande. I Schweiz lider 7-15% af alle børn og 6-7% af alle voksne af det. Almindelige symptomer er åndenød, hoste og hvæsende vejrtrækning. Symptomerne bliver ofte værre om natten og forårsager ofte opvågninger. Hoste er et særligt vigtigt symptom ved astma, fordi det forudsiger sværhedsgraden af ​​astma, indikerer en dårligere prognose og opfattes som et generende symptom. Derudover er astma den førende årsag til kronisk hoste, ansvarlig for 24-29% af tilfældene.

Der er dog lidt kendt om nytten af ​​hostesporing til selvovervågningsformål hos astmatikere. En første tværsnitsundersøgelse har indikeret, at hostefrekvensen både dag og nat kan være en gyldig markør for astmakontrol, hvilket gør det til en potentielt nyttig parameter til selvovervågning. Desværre, på grund af betydelige variationer i hostefrekvenser inden for hver kategori af astmakontrol (dvs. ukontrolleret, delvist kontrolleret og kontrolleret astma), er den statistisk signifikante sammenhæng mellem hostefrekvens og astmakontrol muligvis ikke klinisk meningsfuld. På grund af tværsnitsdesignet af eksisterende undersøgelser er det desuden uklart, om hostefrekvensen kan have nogen prognostisk værdi til at forudsige fremtidig astmakontrol.

Derfor er formålet med denne undersøgelse mere detaljeret at udforske den værdi, som hostefrekvensen kan give til selvbehandling af astma. I denne undersøgelse vil fokus blive sat specifikt på natlig hostefrekvens på grund af de tekniske årsager. Generelt er planen for denne undersøgelse som følger: Med et longitudinelt studiedesign er det muligt at undersøge, i hvilket omfang tendenser i de natlige hostehyppigheder kan have betydningsfulde implikationer for fremtidig astmakontrol og astma-eksacerbationer hos patienter. Men for at analysere den forudsigelige værdi af tendenser i natlig hostefrekvens, skal symptomet vedvare over flere nætter. Der er ingen tilgængelig forskning om forekomsten af ​​natlig hoste hos astmatikere over flere nætter. Derfor vil forekomsten af ​​natlig hoste hos astmatikere blive beskrevet og visualiseret i løbet af en måned i første fase af vores undersøgelse. Derudover vil målet være at identificere og modellere tendenser i natlig hostefrekvens.

Det er meget tidskrævende at måle hoste. I øjeblikket er der ingen hostefrekvensmonitorer til rådighed, som måler hostefrekvenser på en fuldautomatisk og diskret måde. Manuel mærkning af hoste baseret på video- eller lydoptagelser anses derfor stadig for at være guldstandarden for måling af hostefrekvenser efter medicinske retningslinjer. Ikke desto mindre er en maskinlæringsalgoritme blevet designet til automatisk at detektere hoste i en proof of concept-undersøgelse. På trods af kun at bruge meget begrænsede data til algoritmeudvikling (80 hoste fra 5 raske forsøgspersoner), nåede nøjagtigheden 83 %. Dataene er dog indsamlet i laboratoriemiljøer, hvilket begrænser resultaternes generaliserbarhed og dermed anvendeligheden i praksis. Derfor er målet at udvikle en maskinlæringsalgoritme, som også er i stand til at give robuste resultater på området. Denne undersøgelse vil fokusere på hoste om natten på grund af den begrænsede forstyrrende støj, som i høj grad letter manuel mærkning og muliggør en mere pålidelig detekteringshastighed af maskinlæringsalgoritmen. Det er vigtigt at påpege, at analysen af ​​natlig hosteprævalens beskrevet ovenfor ikke vil være baseret på hoste detekteret af en algoritme, men på de manuelt mærkede hoste i lydsporet optaget i løbet af natten af ​​en undersøgelsessmartphone, som vil blive leveret til emner for studiets forløb.

Udover at udvikle en maskinlæringsalgoritme til hostedetektion, vil der blive indsamlet data til en algoritme, der vurderer patientens søvnkvalitet. Til dette formål vil søvnkvaliteten blive forudsagt baseret på data opnået fra smartphonens sensorer.

Efter at have afsluttet det første studietrin, vil forekomsten af ​​natlig hoste i undersøgelsen afgøre, om der er behov for yderligere analyser af de registrerede data og derved indlede anden fase af undersøgelsen. Hvis natlig hoste ikke forekommer hyppigere, end det kan forklares ved tilfældigheder alene, vil der ikke blive udført yderligere analyse, der antyder, at afslutningen af ​​den første fase og afslutningen af ​​projektet. Men givet en tilstrækkelig forekomst af natlig hoste i første fase (dvs. natlig hosteprævalens adskiller sig fra nul med statistisk signifikans); anden fase af undersøgelsen vil fokusere på værdien af ​​natlig hoste som en prognostisk markør for astmakontrol. Den betydelige varians inden for kategorier af astmakontrol, der er vist i, tyder på, at forholdet mellem natlig hostefrekvens og astmakontrol kan modereres af andre variabler. Tidligere forskning har vist, at søvnkvalitet er forbundet med astmakontrol og livskvalitet: Selv hvis det skyldes samtidige sygdomme (f.eks. gastroøsofageal reflukssygdom og obstruktiv søvnapnø), er dårligere søvnkvalitet forbundet med dårligere astmakontrol og livskvalitet. En årsag til sammenhængen mellem søvnkvalitet og astmakontrol kan være, at natlige astmasymptomer ofte forårsager opvågninger. I betragtning af søvnkvalitetens betydning for astmakontrol, vil den (prædiktive) værdi af den natlige hostefrekvens og dens indflydelse på søvnkvaliteten blive udforsket.

Sammenfattende vil følgende astma-relaterede forskningsspørgsmål blive udforsket inden for hver fase af denne undersøgelse: (1) hvad er forekomsten af ​​natlig hoste hos astmatikere i løbet af en måned? (2) Er natlig hoste, der skyldes søvnkvalitet, en gyldig prognostisk markør for astmakontrol? Derudover adresserer undersøgelsen to tekniske mål: indsamle data for at udvikle to maskinlæringsalgoritmer, som er i stand til at detektere natlig hoste og søvnkvalitet fuldt automatiseret ved hjælp af en smartphone under virkelige forhold.

Besvarelse af disse forskningsspørgsmål resulterer i flere bidrag: med hensyn til astma-relaterede spørgsmål vil håbet være at give kontekst til symptomet på natlig hoste for at øge fortolkningen af ​​hostefrekvenser og med succes at replikere og udvide resultaterne af, hvilket ville understøtte validiteten af ​​natlig hoste som en (prognostisk) markør for astmakontrol. Med hensyn til tekniske mål vil håbet være at give et proof of concept, at smartphones er egnede enheder til at registrere astmasymptomer på en automatiseret måde under virkelige forhold.

De forventede resultater kunne muliggøre en ny terapeutisk mulighed, nemlig fuldautomatisk teleovervågning af astmatikere. Ved at bruge en patients smartphone kunne man forestille sig et diskret tidligt varslingssystem for astmaforværring/-eksacerbationer. Et sådant system kunne sænke astmabyrden for både den enkelte patient (f.eks. højere livskvalitet og astmakontrol ved at identificere muligheder, hvor patienter kan ændre deres medicin i henhold til deres astmahandlingsplan for at forhindre astmaforværring og -eksacerbationer) som samt sundhedssystemet (dvs. omkostningsbesparelser på grund af reducerede indlæggelser og skadestuebesøg). I betragtning af den udbredte tilgængelighed af smartphones, kan en sådan ny terapeutisk mulighed muliggøre storstilet og omkostningseffektiv astma-telemonitorering. Tidligere forskning har vist behovet for en sådan ny terapeutisk mulighed: størstedelen af ​​astmatikere lider af ukontrolleret astma. Halvdelen af ​​astmatikere er ikke i stand til at vurdere deres symptomers sværhedsgrad korrekt og vil derfor have gavn af et tidligt varslingssystem. Derudover ser automatiserede systemer ud til at have et højere langsigtet engagement sammenlignet med traditionelle interventioner, hvilket gør dem særligt velegnede til tidlige varslingssystemer ved kroniske sygdomme. Desuden kunne teleovervågning af symptomer give læger værdifuld indsigt vedrørende en patients astmasymptomer mellem besøgene. Sammenfattende kan et automatiseret tidligt varslingssystem hjælpe patienter med at registrere astmaforværring tidligere og informere deres læger i tide, så negative sundhedsmæssige konsekvenser kan forebygges.

Den planlagte undersøgelse falder ind under risikokategorien sundhedsrelateret persondataindsamling med kun minimal risiko og byrder. Det er en prospektiv observationsundersøgelse, der vil ikke blive administreret nogen intervention. Kun en lille og midlertidig indvirkning på deltagerens helbred kan forventes, hvis overhovedet.

Gennem hele undersøgelsen vil en patients astmasymptomer blive overvåget diskret ved hjælp af smartphonen; dermed sikres minimal risiko og byrder. Mellem begge ph.d.-besøg i begyndelsen og slutningen af ​​undersøgelsen vil alle kontrolspørgsmål og spørgeskemaer blive administreret via smartphones, som vi leverer til denne undersøgelse. Byrden bør således være minimal for patienterne, da deres daglige rutine ikke bliver forstyrret.

Der vil ikke blive udført invasiv procedure i de to ph.d.-besøg. Lægeundersøgelsen følger standardprotokollen for astma. Derudover vil patienter blive refunderet for eventuelle gener, der opstår under undersøgelsen.