ScreenOX - Un test de dépistage automatisé à domicile pour l'apnée du sommeil chez l'adulte utilisant l'oxymétrie nocturne (ScreenOX)

Les participants sont recrutés dans les structures ambulatoires spécialisées en sommeil de l'hôpital universitaire Río Hortega de Valladolid (Espagne). Tous les patients sont référés par les soins primaires en raison d'une suspicion clinique modérée à élevée de syndrome d'apnée-hypopnée du sommeil (SAHS). La population finale est divisée au hasard en deux ensembles de données indépendants : 1) ensemble d'apprentissage (50 %), qui est utilisé pour concevoir et construire/entraîner les algorithmes de dépistage ; et 2) l'ensemble de test (50 % restants), qui est utilisé pour évaluer davantage les performances à l'aide de données inédites.

Les règles de l'American Academy of Sleep Medicine sont utilisées pour noter les événements respiratoires et pour obtenir l'indice d'apnée-hypopnée (IAH) du PSG ambulatoire à domicile, qui est utilisé pour diagnostiquer définitivement l'HSA.

Un oxymètre de pouls portable porté au poignet (WristOX2 3150, Nonin) est utilisé pour le NPO à domicile. Le NPO portable est réalisé simultanément au PSG ambulatoire (Embletta MPR, Natus) au domicile du patient. De plus, la NPO portable en laboratoire assistée (WristOX2 3150, Nonin) et la PSG en laboratoire (E-Series, Compumedics) sont effectuées simultanément à l'hôpital au cours d'une nuit consécutive/précédente différente à des fins de comparaison. Les participants sont assignés au hasard pour effectuer des études de sommeil sans surveillance à domicile avant ou après les enregistrements à l'hôpital.

SpO2 et PR de NPO sont enregistrés simultanément à une fréquence d'échantillonnage de 1 Hz (1 échantillon toutes les secondes). Tous les enregistrements sont sauvegardés dans des fichiers séparés et traités hors ligne. Une étape de pré-traitement automatique du signal est réalisée pour éliminer les artefacts dus aux mouvements du patient (perte de signal).

La méthodologie de traitement du signal est divisée en trois étapes automatisées : (i) l'extraction des caractéristiques, (ii) la sélection des caractéristiques et (iii) la reconnaissance des formes.

Premièrement, les enregistrements NPO sont paramétrés au moyen d'un large ensemble de variables, qui ont précédemment démontré un pouvoir discriminant élevé dans le contexte de la détection SAHS. Toutes les caractéristiques sont calculées pour chaque enregistrement nocturne portable complet. Les sous-ensembles de fonctionnalités suivants sont composés :

• Statistiques du domaine temporel à partir des enregistrements de SpO2. Moments statistiques du premier au quatrième ordre dans le domaine temporel, c'est-à-dire moyenne arithmétique, variance, asymétrie et kurtosis, qui quantifient la tendance centrale, la quantité de dispersion, l'asymétrie et le pic, respectivement.
• Caractéristiques du domaine temporel des enregistrements PR : moyenne, écart type et racine carrée moyenne de l'écart type de la série temporelle d'intervalle d'impulsion à impulsion.
• Statistiques du domaine fréquentiel à partir des enregistrements de SpO2. Moments statistiques du premier au quatrième ordre, fréquence médiane et entropie spectrale de Shannon à partir de la fonction de densité spectrale de puissance.
• Statistiques du domaine fréquentiel à partir des enregistrements PR. Moments statistiques du premier au quatrième ordre, fréquence médiane et entropie spectrale de Shannon à partir de la fonction de densité spectrale de puissance.
• Mesures spectrales conventionnelles à partir d'enregistrements SpO2. Puissance totale du signal ainsi que l'amplitude de crête et la puissance relative dans la plage de fréquences 0,014 - 0,033 Hz.
• Mesures spectrales conventionnelles à partir d'enregistrements PR. Puissance normalisée dans les bandes de fréquence basse (0,04 - 0,15 Hz) et haute (0,15 - 0,40 Hz), ainsi que le rapport basse fréquence sur haute fréquence (équilibre sympathovagal).
• Caractéristiques non linéaires des enregistrements SpO2. Entropie de l'échantillon, mesure de la tendance centrale et complexité Lempel - Ziv, qui mesurent l'irrégularité, la variabilité et la complexité des enregistrements SpO2.
• Caractéristiques non linéaires des enregistrements PR. Entropie de l'échantillon, mesure de la tendance centrale et complexité de Lempel - Ziv, qui mesurent l'irrégularité, la variabilité et la complexité des enregistrements PR.

Ensuite, le sous-ensemble de caractéristiques optimal composé des variables les plus pertinentes et complémentaires est composé. Afin d'atteindre cet objectif, les méthodes de sélection de fonctionnalités suivantes sont appliquées :

• Sélection de fonctionnalités par étapes vers l'avant
• Algorithmes génétiques
• Filtre rapide basé sur la corrélation
• Critère de pertinence maximale de redondance minimale

Enfin, la troisième étape correspond à la reconnaissance de formes. L'objectif de cette étape est double : (i) concevoir et optimiser des modèles binaires orientés classification formés pour discerner les sujets SAHS négatifs et SAHS positifs en utilisant les caractéristiques optimales de NPO ; (ii) concevoir et optimiser des modèles orientés régression formés pour estimer l'IAH en utilisant les caractéristiques optimales de NPO. Afin d'atteindre cet objectif, les algorithmes de reconnaissance de formes suivants sont évalués :

• Classification binaire : régression logistique, réseaux de neurones artificiels, réseaux bayésiens, arbres de décision, apprentissage d'ensemble (AdaBoost).
• Modèles de régression : régression linéaire multiple, réseaux de neurones artificiels, réseaux bayésiens, apprentissage d'ensemble (amplification des moindres carrés).

Ces modèles sont ensuite combinés pour optimiser le protocole de dépistage en 2 étapes suivant : étape-1) étape de dépistage des vrais négatifs, qui vise à détecter le nombre maximum de sujets non SAHS tout en minimisant le nombre de patients faux négatifs (idéalement 0 % de faux taux positif) ; stade-2) stade de dépistage des vrais positifs, qui vise à détecter (parmi les patients non identifiés comme vrais négatifs au premier stade) le nombre maximum de patients vrais positifs tout en minimisant le nombre de cas de faux positifs (idéalement 0% de taux de faux positifs) . Les deux étapes sont complémentaires et elles sont mises en œuvre consécutivement, de sorte que :

• Les patients identifiés comme vrais négatifs dans la première étape sont référés au spécialiste du sommeil pour finalement éliminer l'HSA en tenant compte des symptômes, des comorbidités et des antécédents cliniques. Ces patients ne sont plus dirigés vers l'unité du sommeil à moins que le spécialiste du sommeil ne le demande en raison de symptômes persistants et/ou supplémentaires.
• Les patients identifiés comme vrais positifs dans la deuxième étape sont référés au spécialiste du sommeil pour finalement confirmer le SAHS et décider de l'option de traitement la plus appropriée. Ces patients ne sont plus dirigés vers l'unité du sommeil à moins que le spécialiste du sommeil ne le demande.
• Les cas non concluants sont finalement transmis à l'unité du sommeil pour une PSG standard afin de confirmer/écarter l'HSA.