ワイヤレスモニタリングパッチで睡眠時無呼吸を検出可能

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ジョージア工科大学の研究者らは、閉塞性睡眠時無呼吸症候群（身体が一定期間呼吸の停止と再開を繰り返すこと）と、安静時に得られる睡眠の質を正確に測定するためのウェアラブルデバイスを開発した。

従来の方法では、何らかの睡眠障害や睡眠障害が疑われる人は医療施設に行かなければならず、そこで一晩監視され、脳、目、筋肉の活動を記録する一連の有線プローブにつながれていた。

ジョージア工科大学ジョージ・W・ウッドラフ機械工学部の准教授でウッドラフファカルティフェローのW・ホン・ヨー氏率いる研究者と臨床医のチームが開発したウェアラブル睡眠モニターパッチはシリコン製で額にフィットする。 2番目の小さなシリコンアタッチメントは顎にフィットします。

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「多くの人がこの障害を患っていますが、現時点では診断が非常に難しいため、彼らはそれを知りません」とヨー氏は語った。「現在のスマートフォンアプリは、患者が無呼吸かどうかを判断するために医師や臨床医が研究する特定のデータを取得していないため、役に立たない。」

従来の既存の睡眠検査は、デバイスの制限のため、睡眠ラボで行われています。この家庭用ウェアラブルデバイスは、睡眠検査施設でのより高価な医療処置の代替となる可能性があります。

ヨー氏と彼のチームには、ジョージア工科大学、エモリー大学医学部、テキサス大学オースティン校、ニューヨーク州マウントサイナイのアイカーン医科大学、韓国材料科学院、韓国高等研究院の研究者が含まれていた科学と技術の博士号を取得した研究者は、5 月の Science Advance に研究結果を報告しました。

睡眠時無呼吸にはさらに2つのタイプ（中枢性睡眠時無呼吸症候群と複雑性睡眠時無呼吸症候群）があるが、閉塞性睡眠時無呼吸症候群が最も一般的であり、いびきや呼吸停止の症状に加えて、一般に突然目が覚めたり、空気を求めて息を切ったり、窒息したりするのが特徴であるとヨー博士は説明した。そして高血圧。

質の高い睡眠が不足すると、心臓病や糖尿病などの既存の病気を持つ人々の他の健康問題が悪化する可能性があるとヨー氏は述べた。しかし、他の健康上の問題を抱えていない人でも、睡眠時無呼吸症候群が発見されず治療されないまま長く続くほど、時間の経過とともに心臓や脳に大きな影響を与えるため、睡眠時無呼吸症候群による重篤な合併症を引き起こす可能性があります。

米国国民に睡眠時無呼吸症候群の被害が広がっているのを見て、ヨー氏はウェアラブルデバイスの研究をワイヤレス睡眠監視パッチシステムで業界に応用することに着手しました。

睡眠時無呼吸検出の精度が 88.5% であるパッチは、絆創膏程度の厚さです。 3 つの埋め込み電子センサーが Bluetooth 経由で信号をワイヤレスで送信し、脳、目、筋肉の活動を記録します。そのデータは、さらなる研究と評価のために、携帯電話やタブレットなどのスマートデバイス上のアプリに中継されます。

このデバイスは自宅で使用できるため、夜間のモニタリングのために睡眠センターや医療施設に行く必要がなくなります。

「多くの人がこの種の睡眠障害に苦しんでいますが、ただ気づいていないだけです」とヨー氏は言う。彼の研究は主にバイオセンサーとバイオエレクトロニクスの開発を通じてヘルスケアの進歩に集中している。「米国では、1,800万人以上がこのタイプの睡眠時無呼吸症候群に苦しんでいます。これは基本的に米国人の15人に1人であり、その数は時間の経過とともに増加しています。」

同氏によると、この増加の背景には根本的な健康上の問題もあるが、主な要因は現代アメリカ人の食事の種類や分量、ストレスにあるという。

国にとっても経済的打撃がある。睡眠不足は、2015 年に米国経済に 4,110 億ドルの生産性損失をもたらしました。この額は 2030 年までに 4,670 億ドルを超えると予測されています。

ウェアラブルデバイスの背後にあるテクノロジーは、人工知能と機械学習を使用してデータを記録し、患者が睡眠時無呼吸症であるかどうか、または十分な質の睡眠をとれているかどうかを判断する睡眠スコアを提供します。

この研究では、従来の検査手段で問題が検出された8人の睡眠時無呼吸患者からなる対照群に対して測定したところ、Yeoのワイヤレスパッチは88.5%の精度で睡眠時無呼吸を検出した。ちなみに、市販されている既存のヘッドバンド型デバイスの精度は約71％で、筋肉の活動を計測することはできない。

さらに、ヨー氏と彼のチームが開発したテクノロジーと使用された機械学習アルゴリズムは、睡眠時無呼吸症候群の症状をまったく示さない人がある時点で睡眠時無呼吸症候群を発症する可能性を予測することができます。

「データを見ると、食事や睡眠行動など、何かを今すぐ変えなければ、数値が悪いために睡眠時無呼吸症候群を発症する可能性が高いと言えます」と同氏は述べた。。

ワイヤレスパッチは、快適さ、時間、アクセス、コストに関する現在の患者の問題に対処することで、従来の検査方法に対する多面的な課題を解決します。

PSG またはポリソムノグラフィー検査と呼ばれる現在のプロセスは、一部の患者にとって不快であることが判明しています。それは、15本の有線プローブのいずれかが皮膚から外れるのを恐れて、決まった姿勢で眠らなければならないためだ。これらのセンサーのいずれかが身体から取り外されると、適切な評価に十分なデータが収集されなくなるリスクがあります。

また、患者は睡眠センターに行き、医療従事者の監視を受けながら一晩過ごさなければならないため、時間もかかります。また、テストを受けるまでにタイムラグが生じる可能性もあります。重度の症状や、心臓病や高血圧などの高リスクの基礎的要因がない患者は、多くの場合、医師からの紹介を受けた後、睡眠センターのベッドに空きができるまで待たなければなりません。最後に、現在の検出方法は患者と保険システムにとって高価であり、1 人あたり 1 泊あたり約 8,000 ドルの費用がかかります。

「つまり、既に病気になっていない限り、一般の人にとって検査の障壁は非常に高い。その場合、重篤な状態を避けるために検査を受けることになる」とヨー氏は語った。「しかし、症状が現れない人の場合は、重症化するまで自分が睡眠障害であるかどうかわかりません。私たちは睡眠時無呼吸症候群が始まる前に阻止したいと考えています。」

参考文献: Kwon S、Kim HS、Kwon K 他睡眠の質と睡眠時無呼吸の臨床評価のための家庭用ワイヤレス睡眠モニタリングパッチ。科学上級 2023;9(21):eadg9671。土井: 10.1126/sciadv.adg9671

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