ScreenOX — automatyczny test przesiewowy w domu na bezdech senny u dorosłych przy użyciu nocnej oksymetrii (ScreenOX)

Uczestnicy są rekrutowani ze specjalistycznych ambulatoriów snu Szpitala Uniwersyteckiego Río Hortega z Valladolid (Hiszpania). Wszyscy pacjenci są kierowani z podstawowej opieki zdrowotnej z powodu umiarkowanego do wysokiego klinicznego podejrzenia zespołu bezdechu i spłycenia snu (SAHS). Ostateczna populacja jest losowo dzielona na dwa niezależne zestawy danych: 1) zestaw uczący (50%), który jest używany do projektowania i budowania/trenowania algorytmów przesiewowych; oraz 2) zestaw testowy (pozostałe 50%), który służy do dalszej oceny wydajności przy użyciu niewidocznych danych.

Zasady Amerykańskiej Akademii Medycyny Snu służą do oceny zdarzeń oddechowych i uzyskania wskaźnika bezdechów i spłyceń oddechowych (AHI) z ambulatoryjnego PSG w domu, który służy do ostatecznego rozpoznania SAHS.

Przenośny pulsoksymetr noszony na nadgarstku (WristOX2 3150, Nonin) jest używany w domu przez NPO. Przenośny NPO prowadzony jest równolegle z ambulatoryjnym PSG (Embletta MPR, Natus) w domu pacjenta. Ponadto dla celów porównawczych wykonywane są jednocześnie w szpitalu NPO z przenośnym laboratorium (WristOX2 3150, Nonin) i PSG w laboratorium (seria E, Compumedics) podczas innej kolejnej/poprzedniej nocy. Uczestnicy są losowo przydzielani do przeprowadzania bezobsługowych badań snu w domu przed lub po zapisach w szpitalu.

SpO2 i PR z NPO są rejestrowane jednocześnie z częstotliwością próbkowania 1 Hz (1 próbka na sekundę). Wszystkie nagrania są zapisywane w osobnych plikach i przetwarzane w trybie offline. Przeprowadzany jest automatyczny etap wstępnego przetwarzania sygnału w celu usunięcia artefaktów spowodowanych ruchami pacjenta (utrata sygnału).

Metodologia przetwarzania sygnału jest podzielona na trzy zautomatyzowane etapy: (i) ekstrakcja cech, (ii) selekcja cech oraz (iii) rozpoznawanie wzorców.

Po pierwsze, nagrania NPO są parametryzowane za pomocą szerokiego zestawu zmiennych, które wcześniej wykazywały dużą moc dyskryminacyjną w kontekście wykrywania SAHS. Wszystkie funkcje są obliczane dla każdego przenośnego nocnego nagrania. Składają się z następujących podzbiorów funkcji:

• Statystyki w dziedzinie czasu z zapisów SpO2. Momenty statystyczne od pierwszego do czwartego rzędu w dziedzinie czasu, tj. średnia arytmetyczna, wariancja, skośność i kurtoza, które określają ilościowo odpowiednio tendencję centralną, wielkość dyspersji, asymetrię i szczytowość.
• Funkcje dziedziny czasu z nagrań PR: średnia, odchylenie standardowe i średnia kwadratowa odchylenia standardowego szeregów czasowych między impulsami.
• Statystyki w dziedzinie częstotliwości z zapisów SpO2. Momenty statystyczne rzędu od pierwszego do czwartego, mediana częstotliwości i entropia widmowa Shannona z funkcji gęstości widmowej mocy.
• Statystyki w dziedzinie częstotliwości z nagrań PR. Momenty statystyczne rzędu od pierwszego do czwartego, mediana częstotliwości i entropia widmowa Shannona z funkcji gęstości widmowej mocy.
• Konwencjonalne pomiary spektralne z zapisów SpO2. Całkowita moc sygnału oraz szczytowa amplituda i moc względna w zakresie częstotliwości 0,014 - 0,033 Hz.
• Konwencjonalne pomiary spektralne z nagrań PR. Znormalizowana moc w pasmach częstotliwości niskich (0,04 - 0,15 Hz) i wysokich (0,15 - 0,40 Hz) oraz stosunek częstotliwości niskich do wysokich (równowaga współczulno-wagowa).
• Cechy nieliniowe z zapisów SpO2. Entropia próbki, miara tendencji centralnej i złożoność Lempela-Ziva, które mierzą nieregularność, zmienność i złożoność zapisów SpO2.
• Cechy nieliniowe z nagrań PR. Entropia próbki, miara tendencji centralnej i złożoność Lempela-Ziva, które mierzą nieregularność, zmienność i złożoność nagrań PR.

Następnie tworzony jest optymalny podzbiór cech składający się z najbardziej istotnych i uzupełniających się zmiennych. Aby osiągnąć ten cel, stosuje się następujące metody selekcji cech:

• Krokowy wybór funkcji do przodu
• Algorytmy genetyczne
• Szybki filtr oparty na korelacji
• Kryterium maksymalnej istotności minimalnej redundancji

Wreszcie trzeci etap odpowiada rozpoznaniu wzoru. Cel tego etapu jest dwojaki: (i) zaprojektowanie i optymalizacja modeli zorientowanych na klasyfikację binarną, przeszkolonych w rozróżnianiu osób SAHS negatywnych i SAHS pozytywnych, przy użyciu optymalnych funkcji z NPO; (ii) zaprojektować i zoptymalizować modele zorientowane na regresję, przeszkolone w celu oszacowania AHI przy użyciu optymalnych funkcji z NPO. Aby osiągnąć ten cel, oceniane są następujące algorytmy rozpoznawania wzorców:

• Klasyfikacja binarna: regresja logistyczna, sztuczne sieci neuronowe, sieci bayesowskie, drzewa decyzyjne, uczenie zespołowe (AdaBoost).
• Modele regresji: wielokrotna regresja liniowa, sztuczne sieci neuronowe, sieci bayesowskie, uczenie zespołowe (wzmocnienie metodą najmniejszych kwadratów).

Modele te są następnie łączone w celu optymalizacji następującego 2-etapowego protokołu przesiewowego: etap-1) prawdziwie negatywny etap przesiewowy, który ma na celu wykrycie maksymalnej liczby pacjentów bez SAHS przy jednoczesnej minimalizacji liczby pacjentów fałszywie ujemnych (najlepiej 0% fałszywych stopa dodatnia); etap-2) prawdziwie pozytywny etap przesiewowy, który ma na celu wykrycie (wśród pacjentów, którzy nie zostali zidentyfikowani jako prawdziwie negatywni w pierwszym etapie) maksymalnej liczby pacjentów prawdziwie dodatnich przy jednoczesnej minimalizacji liczby przypadków fałszywie dodatnich (najlepiej 0% odsetek wyników fałszywie dodatnich) . Oba etapy uzupełniają się i są realizowane kolejno, tak aby:

• Pacjenci zidentyfikowani jako prawdziwie negatywni w pierwszym etapie są kierowani do specjalisty snu, aby ostatecznie odrzucić SAHS, biorąc pod uwagę objawy, choroby współistniejące i historię kliniczną w przeszłości. Tacy pacjenci nie są już kierowani na oddział snu, chyba że poproszą o to specjalista ds. snu z powodu utrzymujących się i/lub dodatkowych objawów.
• Pacjenci zidentyfikowani jako prawdziwie pozytywni w drugim etapie są kierowani do specjalisty snu, aby ostatecznie potwierdzić SAHS i wybrać najbardziej odpowiednią opcję leczenia. Ci pacjenci nie są już kierowani do jednostki snu, chyba że poprosi o to specjalista ds. snu.
• Niejednoznaczne przypadki są ostatecznie wyprowadzane do jednostki uśpienia dla standardowego PSG w celu potwierdzenia/odrzucenia SAHS.