新型远程雷达监测设备在阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征中的应用

章坚 凌海波

0 引言

睡眠质量对人体健康具有重要作用，阻塞性睡眠呼吸暂停低通气综合征(obstructive sleep apnea-hypopnea syndrome ,OSAHS)是成年人常见疾病，严重地损害了人体健康，尤其其并发症很多，例如高血压、心律失常等，严重的可能会导致呼吸衰竭等，甚至引起死亡。相关调查数据显示全球每天因OSAHS及由此引发的并发症而亡病的人数约达到3000人[1]。因此对患者睡眠时的生理信号进行准确可靠的监测有助于病症的治疗和控制[2]。

目前全球科研中对睡眠呼吸暂停综合征的关注点主要集中在医疗器械监测设备的研发，目标是为患者提供可靠、准确的监测设备，提升患者临床诊疗和生活质量。

当前，多导睡眠监测仪(polysomnography，PSG)在临床上较为常用，其以国际通用标准为参照来对患者夜间睡眠相关的一系列指标进行记录。借助眼动图、脑电图、下颌肌电图能够支持对患者睡眠状态的判断、睡眠分期与睡眠结构的分析及睡眠疾病的研究，但PSG也存在明显缺陷，尤其是其监测程序较繁杂、传感电极多容易影响患者入睡，并具有监测耗时长、费用高、环境要求严格、患者依从性不足等缺点，难以在基层普及开展。近年来随着微波探测生命信号技术在医疗监测领域的应用，新型远程雷达监测设备受到了越来越多的关注。新型远程雷达监测设备是利用雷达探测技术监测生命呼吸信号的便携式仪器，它可通过呼吸频率来计算快速眼动睡眠，同时计算出睡眠的分期，经皮肤红外探测方法可监控患者的血氧饱和度、心率等，属于非侵入性的便携式睡眠监测。已有研究证明从有创侵入性的监测系统过渡到无创遥测系统监测后，患者生命体征和心电等的可靠性和安全性并没有降低[3]。

由于新型远程雷达监测技术无需接触患者身体，语音指示患者入睡位置与注意事项即可，监测过程中或者监测完毕可以通过自带无线系统接收监测数据[4]，并出具报告,因此可以减少因传感器接触身体而干扰到患者睡眠，也降低了发生交叉感染的概率。本文对新型远程雷达监测设备在睡眠呼吸暂停综合征中的应用效果进行分析，为评估其临床应用价值提供参考。

1 新型远程雷达监测技术及设备

新型远程雷达监测设备采用24 GHz的雷达波扫描人体，在反射回来的雷达波中含有人体的体动、呼吸及心率等体征信号，通过分析这些信号可以判断人体的生理和健康状况。

该设备通过电源模块和主控模块来分析人体的血氧饱和度、微弱电生理信号以及进行呼吸检测。下位机嵌入式软件完成上述数据的存储和传输，定义通信协议标准，与上位机用户交互软件共同实现所有监测生理信号的实时、同步显示功能。

其中，微弱电生理信号模块采集方案由前级低倍率方法、后级高精度AD转换电路进行，总计采集6路头皮脑电信号，2路眼电信号，2路肌电信号，3导联心电。血氧饱和度的检测采用主控模块控制下驱动电路驱动血氧饱和度传感器探头来实施，采集到光信号中的脉动成分分离成交流分量和直流分量，然后经过电路放大、滤波处理，将模拟信号转换成数字量，就可以计算得到血氧饱和度数值。呼吸检测釆集3路呼吸信号，其中1组采用鼻气流传感器，2组采用胸腹呼吸束缚带，两种应变式检测传感器均采用北京颐松公司相关产品，其价格低，传感器的精度较高，满足呼吸气流检测的使用需求。

2 临床应用

2.1 仪器设备

PSG-323多参数监护模拟仪，新型远程雷达监测设备(苏州新导智能科技有限公司，24 GHz)。

2.2 入组人群

从行睡眠监测的患者中随机选取30名目标对象，最终将有整夜完整记录的26例患者被纳入本次研究中。其中男性患者20例(76.92%)，女性患者6例(23.08%)。年龄为(37.0±2.7)岁，区间为21～ 70岁。这26例患者中，有23例患者属于超重(88.46%)，3例患者属于肥胖(11.54%)。

为了避免患者自身不同的主观感受会影响到研究的最终结果，在本次实验中只是患者家属签署了同意书，患者处于不知情的状态，且将有过睡眠监测经历的患者也排除在外。

2.3 研究方法

将PSG-323多参数监护模拟仪、新型远程雷达监测设备同时作用于同一受试者，行整夜睡眠监测，监测时间应控制在7 h或7 h以上[3]，整个过程都在医院睡眠医学中心完成，导连、电极安装均交给专业人员，并借助于红外视频手段做好整夜记录。

PSG-323多参数监护模拟仪和新型远程雷达监测设备监测结果的记录分别交由一位专业人员，且要保证记录期间一方对另一方的记录结果均处于不知情的状态。对于记录结果的分析，首先为机器自动分析，之后再通过人工矫正分析来加以补充和完善。

2.4 评价指标

本研究以PSG-323多参数监护模拟仪的数据结果为金标准，对新型远程雷达监测设备进行评价，指标主要包括可靠性和有效性、敏感性和特异性。

可靠性和有效性：将设备的心电原始信号设置为发生幅值为1.0 mV,频率为30次/min，通过上位机软件控制界面来监测心电信号，与原始信号从幅值和频率指标上进行对比，从而标定监测系统。

稳定性：在系统进入工作模式后通过监测研究对象状态，对系统长期运行的稳定性加以分析。

敏感性和特异性：本实验选择呼吸暂停低通气指数(apnea hyponea index， AHI)作为该设备监测敏感性和特异性的观察指标。OSAHS的诊断标准为：5

灵敏度=真阳性人数/(真阳性人数+假阴性人数)×100%

特异度=真阴性人数/(真阴性人数+假阳性人数)×100%

3 应用结果与分析

3.1 基本参数对比

新型远程雷达监测设备与市场上主流台式呼吸睡眠监测设备Nicolet PSG的基本参数对比见表1。由表可见，新型远程雷达监测设备在精度、大小、体积方面表现突出，同时低功耗设计有效保障系统能够连续工作不小于12 h，具备了低功耗、便携式睡眠监测设备的明显优势。

表1 设备参数对比

3.2 可靠性和有效性测试结果

新型远程雷达监测设备控制界面显示波形如图1所示。从测试波形中可以提取A和B两个参数。

A：心电信号幅值占2格(每格为5 mm)，计算得到其幅值应为1.0 mV。

B：拥有峰值距离为10格的心电信号值，计算得到峰值间距为50 mm，而界面右下角对波形量程信息有所显示，表达为25.0 mm/s的时间轴和10.0 mm/mV的幅值轴。

由图1可见新型远程雷达监测设备标定结果理想，可以进行生理信号的监测，具备很好的可靠性和有效性。

图1 上位机控制界面显示波形

3.3 稳定性测试结果

系统完成了全部测试环节，整个过程中没有软硬件故障，所采集的信号波形如图2所示，后期监测环节中采集了6路脑电中的2路信号，也对系统的稳定性进行了有效的佐证。

图2 系统稳定性测试

3.4 特异性和敏感度分析

26例受试者新型远程雷达监测设备和PSG-323金标准的诊断结果见表2。

表2 新型远程雷达监测设备诊断结果

由表2中的数据可计算出，新型远程雷达监测设备筛查OSAHS的灵敏度为95%， 特异度为83.4%，Youden指数为0.784(P<0.01)。

4 讨论与结论

OSAHS患者的颏舌肌所具有的肌肉补偿功能并不足以支持对气道负荷的正常抵消，由此，在通畅性难以维持之下便造成了阻塞性呼吸事件发生频率的大幅增加。相关研究显示，在一些专业诊断仪器较为缺乏的基层单位，简易诊断的标准与方法是有其一定适用性的，其依据主要集中在病史、体检、ESS评分等方面[5]。新型远程雷达监测设备作为近年来有着较多应用的便携式仪器的一种，能够依靠呼吸频率来实现对快速眼动睡眠和睡眠分期的计算，运用皮肤红外探测手段能够实现对病例血氧饱和度和夜间心率的监测，且监测方式带有显著的非侵入性特征[6]。现有研究已经证实，监测系统在由有创侵入完成向无创遥测的过渡之后，并未弱化病例心电图、生命特征等的安全性与可靠性。

无接触监测设备所具有的一个显著优势是可降低发生交叉感染的概率，尤其是在当下全面抗击新冠肺炎的大环境下这一优势就表现得更加突出。在新型远程雷达监测设备的实际应用中，距离病例约1 m的位置放置主机，除在手指上佩戴血氧指环之外，不需要与病例身体发生任何接触，监测过程中对患者的提示和注意事项的告知通过语言形式来完成，且在完成监测之后，对于监测数据的接收也是通过无线系统来完成的[7]。当无接触监测设备可以达到与标准相一致的准确率的情况下，其在控制感染方面就有着显著的优势，耗材成本大幅下降。

综上，新型远程雷达监测设备可应用于OSAHS中，首先是可靠性和有效性较好，且在精度、大小和体积方面都表现出比PSG-323多参数监护模拟仪更好的优势；同时低功耗设计能够使得系统连续工作不低于12 h；且在敏感性和特异性方面，新型远程雷达监测设备都有着比较好的表现。