Ⅳ型便攜式睡眠監測設備在心內科的應用

黃楷壯，王玲，黃志華，陳紀言

阻塞性睡眠呼吸暫停（obstructive sleep apnea，OSA）是一種常見的睡眠障礙性疾病，在普通人群中患病率為5%～15%[1-2]。OSA 是高血壓、心力衰竭、心律失常和腦卒中等眾多疾病的重要危險因素[3-6]，通過治療OSA 能夠降低該人群患高血壓等心血管疾病的風險[7]。一直以來大部分潛在OSA 患者沒有得到臨床醫師充分的識別，導致其得不到及時的診治。造成這種現狀的一個重要原因是睡眠監測設備的限制，目前多導睡眠監測（polysomnography,PSG）仍是診斷OSA 的金標準，但是心血管疾病患者的健康狀況較難耐受整夜睡眠監測，而且多導睡眠監測費用高昂，過程繁瑣，加大了OSA 診斷的需求和設備可用性之間的矛盾。

除了Ⅰ型睡眠監測設備外，許多便攜式睡眠監測設備（portable monitoring,PM）逐漸被開發設計出來[8]，包括Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型PM。Ⅳ型PM 更加輕便，對于心內科高危人群的OSA 篩查不失為一個好的選擇，但是目前為止，關于其在OSA 診斷準確度等方面的證據尚不充足。本研究將通過與Ⅲ型PM 相比較，評估Ⅳ型PM 設備在心內科受試者中識別OSA的應用價值。

2018 年Azarbarzin 等[9]發表在《歐洲心臟雜志》的文章指出，睡眠呼吸暫停-低通氣指數（apneahypopnea index,AHI）或者呼吸事件指數（respiratory events index，REI）作為頻率指標，可能無法充分反映OSA 患者的疾病負擔。研究者定義了“低氧負擔”來量化OSA 的嚴重程度，并發現低氧負擔是預測心血管死亡率的一個良好指標，在本研究中，除了比較兩種設備所測得的常規睡眠呼吸參數，我們還將比較兩種設備測得的低氧負擔值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

入選2016 年3 月到2018 年7 月于廣東省人民醫院心內科住院的患者共293 例，在同一個晚上按儀器標準操作流程同時佩戴Ⅲ型PM（飛利浦AlicePDx，美國偉康公司）和Ⅳ型PM（莫費時Ox，北京德海爾醫療技術有限公司）進行睡眠監測。納入標準包括：年齡≥18 歲，同意同時佩戴這兩項睡眠監測設備。排除標準包括：具有嚴重呼吸系統疾病、嚴重神經精神疾病和任何該睡眠監測設備的禁忌癥。所有患者均簽署知情同意書。

1.2 Ⅲ型PM

飛利浦AlicePDx 是一款Ⅲ型PM，它包括以下導聯信號：血氧飽和度（oxygen saturation,SpO2）、脈搏、氣流（通過熱敏電阻以及鼻導管檢測氣流壓力和鼾聲）、胸腹部運動努力（電感容積描記法）以及體位，監測時間至少4 h 以上。完成監測后，根據美國睡眠醫學會（AASM）發布的睡眠及其相關事件判讀規則2.1 版本[10]，在配套軟件上進行監測數據的判讀。采用REI 來評估受監測患者的病情嚴重程度，呼吸事件包括呼吸暫停和低通氣，睡眠期間持續≥10 s 的熱敏氣流傳感器信號消失則定義為睡眠呼吸暫停；睡眠中持續≥10 s 的氣流壓力信號降低>30%、并伴有SpO2降低≥4%，則定義為低通氣；平均每小時的睡眠呼吸暫停和低通氣的次數即為REI。對于臨床的使用，OSA 的嚴重程度定義如下：“輕度”為5 次/h ≤ REI<15 次/h，“中度”為15 次/h ≤ REI<30 次/h，“重度”為REI ≥30 次/h。獲取的其他睡眠參數有：最低SpO2、平均SpO2、總監測時長。同時我們根據設備捕捉到的呼吸暫停相關氧降事件計算低氧負擔。

1.3 Ⅳ型PM

莫費時Ox 是一款Ⅳ型PM，該設備利用一種簡單的非侵入性、基于光電容積描記法（PPG）方法，通過套于手指的脈搏血氧儀進行數據的收集，采用REI來評估受監測患者的病情嚴重程度。受試者監測完畢后，利用專用軟件，將收集的參數結合起來產生呼吸波形，再通過信號處理應用進一步分析與SpO2下降有關的呼吸波形振幅變化，以檢測臨床呼吸暫停和低通氣事件，該軟件使用血氧飽和度至少降低4%來定義1 次呼吸紊亂相關氧降；同時，軟件會將每個參數或特征采用高斯混合模型的算法進行建模，進而區分睡眠和清醒時間，在清醒期間發生的呼吸事件被排除在外，其余的呼吸事件將在整個睡眠時間中平均以生成REI 值。因此，該軟件平臺可以檢測和測量得到受試者的REI、入睡時間、清醒時間和總監測時長、最低SpO2、平均SpO2等信息。同樣，我們根據其呼吸暫停相關氧降事件計算低氧負擔。

1.4 低氧負擔

低氧負擔計算方法如圖1 所示，對于一位OSA患者的每一個獨立的呼吸暫停或低通氣事件，SpO2基線定義為事件結束前100 s 內的最大SpO2，將所有事件的低于該基線值以下的SpO2區域以事件結束點為零點重疊之后，計算每一個時間點的SpO2均值，根據零點兩側的SpO2均值的峰值確定該患者獨立的“氧降事件檢索窗”，再使用“氧降事件檢索窗”去得出每個事件標準化后的時間范圍，計算標準化時間內OSA 患者呼吸暫停相關氧降事件期間的SpO2下降曲線與基線之間的面積，這些面積相加后除以整夜睡眠時間，即該OSA 患者的低氧負擔，單位為（%·min）/h。例如，20（%·min）/h 的低氧負擔相當于每小時有2 min 10%氧降，或者每小時有5 min 4%氧降[9]。

圖1 低氧負擔的計算說明圖

1.5 統計學方法

采用SPSS 20.0 統計學軟件進行分析。定量數據若符合正態分布則以均值±標準差表示，若符合非正態分布則用中位數（P25，P75）表示。分類數據以計數（百分比）表示。對Ⅳ型PM 檢測OSA 的性能進行評估，方法是將Ⅲ型PM 測得的REI（Ⅲ型PM-REI）、低氧負擔與Ⅳ型PM 測得的REI（Ⅳ型PM-REI）、低氧負擔進行Pearson（正態分布數據）或Spearman（非正態分布數據）相關性分析，計算其相關系數。繪制Bland-Altman 圖反映兩種PM設備得到的REI 之間、低氧負擔之間的一致性。以Ⅲ型PM-REI 的臨床診斷閾值（“輕度”為5 次/h ≤ REI<15 次/h，“中度”為15 次/h ≤ REI<30 次/h，“重度”為REI ≥30 次/h）作為評估OSA 嚴重程度的不同對照標準,計算Ⅳ型PM-REI 的符合率、Kappa 值，制作ROC 曲線并計算 AUC。由于低氧負擔呈偏態分布，為將其轉換成正態分布，我們對其進行lg轉換，標記為“lg 低氧負擔”。P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 275 例患者臨床基線資料

最初選擇了293 例患者，排除18 例Ⅲ型PM 或Ⅳ型PM 佩戴時間不足4 h 的受試者，最終納入分析的有275 例患者，其中男性206 例（74.9%），女性69 例（25.1%），平均年齡為（57.5±11.4）歲，體重指數（26.6±3.6）kg/m2。Ⅲ型PM-REI 為10.0（4.5，25.2）次/h，其中24.7%的患者沒有OSA，31.6%患者為輕度OSA，中度和重度的OSA 患者分別為22.9%和20.7%（表1）。

表1 275 例患者臨床基線資料

2.2 REI、最低SpO2、平均SpO2 的比較

Ⅲ型PM 記錄總監測時長為（8.4±1.1）h，Ⅲ型PM-REI 為10.0（4.5,25.2）次/h；Ⅳ型PM 記錄總監測時長為（8.9±1.3）h，Ⅳ型PM-REI 為14.7（7.1,30.2）次/h。

Ⅲ型PM-REI 和Ⅳ型PM-REI 的Pearson 相關系數為0.913，P<0.001，呈強相關關系（圖2A）；二者的Bland-Altman 散點圖提示，兩種監測設備測得的指數值具有良好的一致性，大部分估計值落在1.96 倍均值的標準差之間（圖3）。Pearson 相關性檢驗同樣提示Ⅲ型PM 與Ⅳ型PM 測得的平均SpO2（圖2B）和最低SpO2（圖2C）有相關性，其中，兩種設備的最低SpO2呈強相關（r=0.895，P<0.001）。

圖2 兩種設備的REI（2A）、平均SpO2（2B）、最低SpO2（2C）、lg 低氧負擔（2D）的相關性

圖3 兩種設備測得的REI 的Bland-Altman 散點圖

當Ⅲ型PM-REI 采取三種不同閾值為診斷陽性的標準（REI ≥5 次/h，REI ≥15 次/h 和REI ≥30次/h）時，根據Ⅳ型PM-REI 與Ⅲ型PM-REI 比較得出的靈敏度/（100-特異度）繪制的ROC 曲線。三者的AUC 均≥0.936，P<0.001，Ⅳ型PM 在區分不同嚴重程度的OSA 時，與Ⅲ型PM 相比具有較好的準確度（圖4、表2）。

表2 Ⅲ型PM-REI 取不同閾值時Ⅳ型PM 的診斷表現情況

圖4 Ⅲ型PM-REI 取不同閾值（4A:REI ≥5 次/h；4B:REI ≥15 次/h；4C:REI ≥30 次/h）時，根據Ⅳ型PM-REI 繪制的 ROC 曲線

表2 總結了在Ⅲ型PM-REI 采取不同閾值為診斷陽性的標準時，Ⅳ型PM-REI 的診斷表現情況。當Ⅲ型PM-REI ≥5 次/h 為參照標準時，Ⅳ型PM-REI 診斷的符合率為84.0%，Kappa 值為0.520，P<0.001；當Ⅲ型PM-REI ≥15 次/h 為參照標準時，Ⅳ型PM-REI 診斷的符合率為87.3%，Kappa值為0.744，P<0.001；當Ⅲ型PM-REI ≥30 次/h 為參照標準時，Ⅳ型PM-REI 診斷的符合率為90.9%，Kappa 值為0.742，P<0.001。Ⅳ型PM 在區分中度和重度OSA 患者時，與Ⅲ型PM 具有高度一致性。

2.3 低氧負擔的比較

Ⅲ型PM 測得的低氧負擔為6.9（1.6,23.1）（%·min）/h，經lg 轉換后的值（Ⅲ型PM-lg 低氧負擔）為0.87±0.76；Ⅳ型PM測得的低氧負擔為25.0（13.5,48.8）（%·min）/h，經lg 轉換后的值（Ⅳ型PM-lg 低氧負擔）為1.41±0.40。

Ⅲ型PM-lg 低氧負擔和Ⅳ型PM-lg 低氧負擔的Pearson 相關系數為0.821，P<0.001，呈強相關關系（圖2D）。二者的Bland-Altman 散點圖提示，兩種監測設備的lg 低氧負擔具有良好的一致性，大部分估計值落在1.96 倍均值的標準差之間（圖5）。

圖5 兩種設備測得的lg 低氧負擔的Bland-Altman 散點圖

3 討論

在本研究中，我們評估了一種單通道、雙信號（SpO2和PPG）的Ⅳ型PM（莫費時Ox）在心內科患者中評估OSA 病情的有效性。Ⅳ型PM 測得的REI與廣泛使用的Ⅲ型PM 測得的REI 相比，有良好的相關性和一致性；而且，以Ⅲ型PM 測得的REI 的不同閾值為診斷陽性參照標準時，其測得的結果的符合率、Kappa 值和AUC 都是可接受的。另外，如果采用OSA 病情評估的一個新指標——低氧負擔，兩種設備所測得的低氧負擔也具有較好的一致性。

像莫費時Ox 這樣的Ⅳ型PM 設備對于心內科等普通臨床病房是很有吸引力的，原因有以下幾點。第一，它腕表式的設計及最少步驟的設置，保證了其簡便性，便于臨床醫師在普通科室開展OSA 篩查。第二，與傳統的監測診斷方法相比，它不會因導聯過多令受試者焦慮和不舒適，其友好性和簡便性可以為受試者創造更多的正常睡眠，保證監測的質量。第三，該設備的相對較低的成本可以促進其更廣泛的使用，必要時可以進行重復監測，有助于提高OSA 的檢出率和準確度，也可以更及時的復查評估。

先前也有研究者進行過類似的研究[11-13]。Amir等[11]在74 例受試者中評估了一款同樣基于PPG 的監測設備的使用，其中60 例在醫院心內科，14 例在睡眠實驗室接受監測；結果顯示，PPG 設備測得的睡眠紊亂呼吸和陳式呼吸參數與金標準多導睡眠監測相比有很好的相關性；研究者認為與多導睡眠監測相比，這款自動化設備能對睡眠和（或）與心臟相關的呼吸疾病進行可接受的分析，考慮到其應用的方便性和簡便性，該設備可作為心血管疾病患者睡眠呼吸紊亂的家庭和動態篩查和診斷的合適工具。Romem 等[13]則采用與本研究相同的Ⅳ型PM 在65 例患者中進行與多導睡眠監測相比較的診斷性試驗，其中有19 例有心肺合并癥。結果顯示，無論有無心肺合并癥，當多導睡眠監測所得AHI>5 次/h時，Ⅳ型PM 測得的REI 敏感性為80%，特異性為86%，陽性預測值93%，陰性預測值68%，陽性似然比5.9；當多導睡眠監測所得AHI>15 次/h 時,Ⅳ型PM 測得的REI 敏感性為70%，特異性為91%，陽性預測值為80%，陰性預測值為85%，陽性似然比為7.83。受試者AUC 分別達到0.91 和0.90。所以，有和無心肺合并癥的患者中，Ⅳ型PM 獲得的數據與同期實驗室多導睡眠監測的數據對診斷可疑OSA 有很好的可比性。此外，已有隨機對照研究[14]證實Ⅲ型PM 與同步多導睡眠監測的高水平的診斷一致性，并且Ⅲ型PM 可以可靠地在睡眠實驗室之外的地方進行使用。本研究結果證實了Ⅳ型PM 與Ⅲ型PM 同樣具有很好的一致性，所以，在心內科病房，是可以采用Ⅳ型PM 進行可疑OSA 患者的診斷和OSA 患者的病情復查的。而且對于更容易發生OSA 的心血管疾病的住院患者，很大一部分由于病情的限制而無法耐受多導睡眠監測，通過自動化的PM 設備以更方便的方式進行可靠的睡眠測試可能是唯一合適的方法。除了比較REI 等參數之外，因為近期一項大型隊列研究提出的關于OSA 病情評估指標的新觀點[9]，我們還對比了兩種設備所取得的“低氧負擔”。結果顯示，兩種設備的“低氧負擔”同樣具有高度的相關性和一致性。所以，如果在將來，大家普遍接受和廣泛采納了“低氧負擔”這一指標，Ⅳ型PM 這一設備同樣是適用于臨床的。

本研究中兩種設備測得的結果存在一定的差異，分析原因可能包括以下五個方面：（1）Ⅲ型PM導聯較多，存在一定的導聯脫落和數據缺失，如氣流和胸腹帶脫落、汗液偽跡等影響監測結果的判讀；而Ⅳ型PM 是基于PPG 的脈搏血氧儀的監測，信號采集良好、數據獲取相對完整。（2）Ⅲ型PM 為人工判讀呼吸事件[10]，Ⅳ型PM 則依靠軟件自動分析和出具報告。不同判讀分析員之間可能存在系統性誤差[15]，因此造成監測結果有所差別。（3）住院心血管疾病患者睡眠有效率下降，Ⅲ型PM 的不輕便對這部分患者睡眠干擾大，進一步降低睡眠效率和質量[16]；Ⅳ型PM 更便攜和易于接受，對睡眠干擾少，使受試者接近正常的睡眠狀態，增加睡眠時間。本研究中Ⅲ型PM 記錄總監測時長為（8.4±1.1）h，Ⅳ型PM 記錄總監測時長為（8.9±1.3）h，可能正是這一點的體現。（4）Ⅲ型PM 具有指脈氧導聯，Ⅳ型PM 則根據脈氧和PPG 技術來判別OSA，脈搏血氧儀的佩戴規范是獲取血氧飽和度及準確的PPG 信號的前提，佩戴不規范可導致血脈氧飽和度信號異常，及影響最終OSA 嚴重程度的分析。其他影響血氧飽和度監測的因素還包括嚴重貧血、強光、周圍血管問題、脈搏強弱和其他設備的干擾[17]。

本研究尚存在一定的局限性，第一，目前多導睡眠監測仍是OSA 診斷的金標準，我們將進一步篩選合適的受試者進行Ⅳ級PM 和多導睡眠監測的比較，以進一步驗證Ⅳ級PM 的診斷價值。第二，本研究沒有根據不同的心血管疾病進行分組，下一步我們可以進行更深入的亞組分析，以更精準地確定該設備最適用的心內科病種類型。第三，未來可以應用更大樣本的隨機對照研究挖掘這種便攜式設備的價值。

基于脈搏血氧儀和PPG 的Ⅳ型PM 在心內科可疑OSA 患者的診斷方面有較好的應用價值，與Ⅲ型PM 具有良好的一致性。鑒于Ⅳ型PM 的方便性和有效性，未來可以將其作為篩查和診斷患有心血管疾病的OSA 患者的一個工具。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突