ScreenOX - Um teste de triagem domiciliar automatizado para apneia do sono em adultos usando oximetria noturna (ScreenOX)

Os participantes são recrutados nos ambulatórios especializados em sono do Hospital Universitário Río Hortega de Valladolid (Espanha). Todos os pacientes são encaminhados da atenção primária devido à suspeita clínica moderada a alta de sofrer de síndrome de apnéia-hipopnéia do sono (SAHS). A população final é dividida aleatoriamente em dois conjuntos de dados independentes: 1) conjunto de treinamento (50%), que é usado para projetar e construir/treinar os algoritmos de triagem; e 2) o conjunto de teste (50%) restante, que é usado para avaliar ainda mais o desempenho usando dados não vistos.

As regras da Academia Americana de Medicina do Sono são usadas para pontuar eventos respiratórios e para obter o índice de apneia-hipopneia (IAH) da PSG ambulatorial em casa, que é usado para diagnosticar definitivamente a SAHS.

Um oxímetro de pulso portátil (WristOX2 3150, Nonin) é usado para NPO em casa. O NPO portátil é realizado simultaneamente ao PSG ambulatorial (Embletta MPR, Natus) na casa do paciente. Além disso, NPO portátil em laboratório assistido (WristOX2 3150, Nonin) e PSG em laboratório (E-Series, Compumedics) são realizados simultaneamente no hospital em uma noite consecutiva/anterior diferente para fins de comparação. Os participantes são designados aleatoriamente para realizar estudos do sono autônomos em casa antes ou depois das gravações hospitalares.

SpO2 e PR de NPO são registrados simultaneamente a uma taxa de amostragem de 1 Hz (1 amostra a cada segundo). Todas as gravações são salvas em arquivos separados e processadas offline. Uma etapa de pré-processamento automático de sinal é realizada para remover artefatos devido a movimentos do paciente (perda de sinal).

A metodologia de processamento de sinais é dividida em três etapas automatizadas: (i) extração de características, (ii) seleção de características e (iii) reconhecimento de padrões.

Em primeiro lugar, os registos de NPO são parametrizados por meio de um conjunto alargado de variáveis, que anteriormente demonstraram um elevado poder discriminativo no contexto da deteção de SAHS. Todos os recursos são calculados para cada gravação noturna portátil inteira. Os seguintes subconjuntos de recursos são compostos:

• Estatísticas de domínio de tempo de registros de SpO2. Momentos estatísticos de primeira a quarta ordem no domínio do tempo, ou seja, média aritmética, variância, assimetria e curtose, que quantificam tendência central, quantidade de dispersão, assimetria e picos, respectivamente.
• Recursos de domínio de tempo de gravações de PR: média, desvio padrão e raiz quadrada média do desvio padrão da série temporal de intervalo de pulso a pulso.
• Estatísticas de domínio de frequência de registros de SpO2. Momentos estatísticos de primeira a quarta ordem, frequência mediana e entropia espectral de Shannon da função de densidade espectral de potência.
• Estatísticas de domínio de frequência de gravações PR. Momentos estatísticos de primeira a quarta ordem, frequência mediana e entropia espectral de Shannon da função de densidade espectral de potência.
• Medidas espectrais convencionais de registros de SpO2. Potência total do sinal, bem como amplitude de pico e potência relativa na faixa de frequência 0,014 - 0,033 Hz.
• Medidas espectrais convencionais de gravações PR. Potência normalizada nas bandas de frequência baixa (0,04 - 0,15 Hz) e alta (0,15 - 0,40 Hz), bem como a relação de baixa frequência para alta frequência (equilíbrio simpatovagal).
• Recursos não lineares de registros de SpO2. Entropia de amostra, medida de tendência central e complexidade Lempel - Ziv, que mede a irregularidade, variabilidade e complexidade dos registros de SpO2.
• Recursos não lineares de gravações de relações públicas. Entropia de amostra, medida de tendência central e complexidade Lempel - Ziv, que mede irregularidade, variabilidade e complexidade de gravações de PR.

Em seguida, o subconjunto de recursos ótimos composto pelas variáveis ​​mais relevantes e complementares é composto. Para atingir esse objetivo, os seguintes métodos de seleção de recursos são aplicados:

• Avançar seleção de recurso passo a passo
• Algorítmos genéticos
• Filtro rápido baseado em correlação
• Critério de relevância máxima de redundância mínima

Por fim, a terceira etapa corresponde ao reconhecimento do padrão. O objetivo desta etapa é duplo: (i) projetar e otimizar modelos orientados à classificação binária treinados para discernir entre sujeitos SAHS negativos e SAHS positivos usando recursos otimizados do NPO; (ii) projetar e otimizar modelos orientados à regressão treinados para estimar o IAH usando características ótimas do NPO. Para atingir esse objetivo, os seguintes algoritmos de reconhecimento de padrões são avaliados:

• Classificação binária: regressão logística, redes neurais artificiais, redes bayesianas, árvores de decisão, aprendizagem por conjunto (AdaBoost).
• Modelos de regressão: regressão linear múltipla, redes neurais artificiais, redes bayesianas, aprendizagem por grupos (mínimos quadrados impulsionados).

Esses modelos são posteriormente combinados para otimizar o seguinte protocolo de triagem de 2 estágios: estágio-1) estágio de triagem verdadeiro negativo, que visa detectar o número máximo de indivíduos não SAHS enquanto minimiza o número de pacientes falso-negativos (idealmente 0% falso taxa positiva); estágio-2) estágio de triagem de verdadeiros positivos, que visa detectar (entre os pacientes não identificados como verdadeiros negativos no primeiro estágio) o número máximo de pacientes verdadeiros positivos, minimizando o número de casos de falsos positivos (idealmente 0% de taxa de falsos positivos) . Ambas as etapas são complementares e são implementadas consecutivamente, de modo que:

• Os pacientes identificados como verdadeiros negativos na primeira fase são encaminhados ao especialista do sono para, finalmente, descartar a SAHS levando em consideração sintomas, comorbidades e história clínica pregressa. Esses pacientes não são mais encaminhados para a unidade de sono, a menos que solicitado pelo especialista do sono devido a sintomas persistentes e/ou adicionais.
• Os pacientes identificados como verdadeiros positivos na segunda fase são encaminhados ao especialista do sono para finalmente confirmar a SAHS e decidir a opção de tratamento mais adequada. Esses pacientes não são mais encaminhados para a unidade de sono, a menos que solicitado pelo especialista em sono.
• Os casos não conclusivos são finalmente encaminhados para a unidade de sono para uma PSG padrão a fim de confirmar/descartar SAHS.