Univaikeudet yleistyvät yhteiskunnassamme ja niillä voi olla hoitamattomina haitallinen vaikutus ihmisen terveyteen ja elämänlaatuun. Perinteinen PSG-unianalyysi eli polysomnografia on kallista, hankalaa ja aikaavievää. Sen voi korvata ballistokardiografialla eli BKG:llä.
| Artikkeli perustuu Murata Electronics Oy:n testisuunnitteluinsinööri Sami M. Nurmen diplomityöhön. Lisäksi artikkelia ovat olleet kirjoittamassa Murata Electronicsin tuotepäällikkö Joonas Mikkonen, MEMS-sovelluskehittäjä Ulf Meriheinä ja liiketoiminnan kehityksestä vastaava johtaja Marika Juppo. Nrmi työskentelee testaussuunnitteluinsinöörinä Muratalla. Hän tuli yhtiön palvelukseen vuonna 2013 ja on tehnyt diplomityönsä BSG-antureista unianalyysin hyödyntämisestä. Mikkonen toimii puolestaan tuotepäällikkönä ja hänellä on kokemusta sekä laite- että ohjelmistosuunnittelusta. Ulf Meriheinällä on yli 35 vuoden kokemus mittaustekniikasta ja puolijohdealasta. Marika Juppo vastaa tällä hetkellä Murata Electronicsin terveydenhuollon tuotteiden kehityksestä. |
Usein univaikeuksien syy voidaan tunnistaa helposti – työstressi tai kuolemantapaus perheessä – tai ne ovat väliaikaisia. On olemassa myös sellaisia univaikeuksia, jotka vaativat tarkempaa unen analyysiä, jotta taustalla oleva syy selviäisi. Vakiintunut keino unen analyysiin on PSG-tutkimus (polysomnografia), joka tehdään yön aikana erikoislaboratoriossa, ja jossa potilaan kehoon asetetaan useita antureita. Koulutetut teknikot ja lääkärit valvovat potilaan unta ja analysoivat saatua dataa, jossa unen vaiheet analysoidaan yleensä visuaalisesti tallennetusta datasta. Koko prosessi on kallis toimenpide ja lisäksi se on potilaan kannalta monin tavoin hankala. Meidän kaikkien olisi vaikea nukkua oudossa sängyssä jossakin vaiheessa.
Viime vuosina on kehitetty vähemmän potilaaseen kajoava ja edullisempi vaihtoehto PSG:lle. Ballistokardiografia (BKG) toimii mittaamalla vartalosta syntyviä mekaanisia voimia unen aikana. Pitkäaikaiseen käyttöön ajateltu BKG kerää dataa kiihtyvyysanturista, jonka ei tarvitse olla fyysisesti potilaaseen kiinnitetty. Tuoreet Aalto-yliopiston sähkötekniikan laitoksella yhteistyössä Turun yliopiston kanssa tehdyt kliiniset testit osoittivat, että BKG-anturin kautta kerätty data on standardiin PSG-dataan verrattuna riittävän tarkkaa, jotta sitä voidaan käyttää unen analyysiin kotioloissa. Yön yli kestävä koe toteutettiin kliinisessä unilaboratoriossa 20 terveelle koehenkilölle, joista 17 oli miehiä ja kolme naisia, ja jotka kaikki kuuluivat 24-46 vuoden ikäryhmään. Henkilöt, joilla oli aiemmin todettuja univaikeuksia, kuluttivat suuria määriä alkoholia tai kofeiinia sekä lääkityksen alaiset suljettiin testien ulkopuolelle.
Kuva 1. Kliinisten BKG- ja PSG-testien koejärjestely.
Sängyn patjan alle teipattu Muratan BKG-anturi SCA11H keräsi kuvassa 1a näkyvät BKG-mittaustulokset. Kannattaa huomata, että kokeessa käytettiin kahta anturisolmua, joista toinen tuotti prosessoitua dataa elintoiminnoista ja toinen raakaa kiihtyvyysanturisignaalia. Kuvassa 1b näkyy PSG-mittausanturien monimutkaisuus. Järjestelmä tuottaa mittausdataa yhteensä 18 anturista, joihin kuuluu kuusi aivojen aktiivisuutta mittaavaa EEG-anturia, silmän liikkeiden mittaaminen EOG:lle (elektro-okulografia) ja hengitystiheyden mittaaminen rintakehävyöllä ja nenäkatetreilla. Sydämen toimintaa mitattiin ECG:llä. Keskeiset indikaattorit eli syke ja hengitystiheys laskettiin ECG:stä ja rintavyön lukemista.
Kuva 2. Muratan BKG-anturisolmu SCA11H ja sen lohkokaavio.
Kontaktoimaton Muratan BKG-anturi SCA11H koostuu Muratan SCA10H-anturimoduulista, joka sisältää yksiakselisen kiihtyvyysanturin, IEEE 802.11b/g/n-yhteensopivan WiFi-tietoliikennemoduulin ja isäntämikroprosessorin (ks. kuva 2). Kiihtyvyysanturi operoi 1 kilohertsin näytteistystaajuudella ja sen havaintoresoluutio on 90 mikrogrammaa. Muratan kehittämällä algoritmilla havaittu signaali voidaan prosessoida raportoimaan useita parametreja joka sekunti. Näihin kuuluvat syke, hengitystiheys, sydämenlyönnin suhteellinen iskuvolyymi ja sykkeen vaihtelu. Lisäksi anturi raportoi useita ei-kliinisiä arvoja, kuten potilaan läsnäolo sängyssä, signaalinvoimakkuus ja aikaleima.
Kuva 3. Esimerkkitulokset yhden yön kokeesta.
Testien tulokset vahvistivat, että BKG:n tulokset olivat tarkkoja ja korreloivat hyvin PSG-tulosten kanssa. Esimerkki yhden yön syke- ja hengitystiheyslukemista on nähtävissä kuvassa 3. BKG-tekniikka osoittautui näin luotettavaksi menetelmäksi unianalyysiin. Kuvasta 3 voidaan nähdä, että syke oli tyypillisesti korkea valveilla ollessa ja REM-unen vaiheessa syvään ja kevyeen uneen verrattuna. Sykkeenvaihtelu oli suurinta syvässä unessa ja vähiten syke vaihteli valveilla ollessa ja REM-unen vaiheessa. Hengitystiheys ei juuri vaihdellut eri univaiheissa. Hengitystiheys vaihteli tyypillisesti vähiten syvässä unessa ja eniten REM-unesssa ja valveilla.
BKG-anturi kykeni myös tallentamaan henkilön liikkeet mittausprosessin aikana, mihin PSG-mittauksessa pystytään vain näköhavainnon perusteella. Nämä univaiheet rekisteröitiin mitatusta PSG-datasta ja ne luokiteltiin AASM:n (American Academy of Sleep Medicine) kriteerien mukaisesti.
Vain 83,7 x 40,7 x 17,6 millin kokoinen SCA11H-solmu on pakattu IP55-määritysten mukaiseen vesitiiviiseen muovikoteloon. Teholähde on nimellisjännitteeltään 9 VDC. Solmuun päästään paikallisesti kiinni TCP/IP-yhteydellä tai se voidaan konfiguroida lähettämään data suoraan asiakkaan pilvipalveluun.
Kuva 4. BKG-solmun liitäntävaihtoehdot.
Kuva 4 esittää BKG-anturisolmun suositeltuja kiinnityskohtia. Paikka 1 on patjan alla, mielelään patjan pintakerroksen ja varsinaisen patjan välissä. Paikka 2 osoittaa sängyn laidan yläosaa ja paikka 3 sängynlaitaa.
SCA11H-anturisolmun ytimessä on Murata SCA11H-kiihtyvyysanturimoduuli, jossa on 1-akselinen kiihtyvyysanturi. Yhteys MEMS-moduuliin tapahtuu standardin UART-liitännän kautta. Yksityiskohtainen binääritason kuvaus protokollasra keskittyy data- ja viestikehysformaatteihin, joita moduuli käyttää UART-liikenteeseen. Sekä SCA11H- että SCA10H-moduuli ovat laajasti saatavilla. SCA11H on tarkoitettu järjestelmävalmistajille, kun SCA10H-moduuliin kohdistuu eniten kiinnostusta erilaisilta laitevalmistajilta.
Kuva 5. Muratan SCA10H-moduuli.
Kliiniset vertailutestit sykemittaamisen PSG- ja BKG-menetelmien välillä todistavat, että BKG-pohjainen mittaus on edullinen ja potilaaseen kajoamaton tapa mitatta sykettä unianalyysin aikana. Tämän ansiosta unta voidaan analysoida potilaan kodissa usean yön ajan. Tulosten mukaan BKG-tekniikalla mitatut syke- ja sykkeenvaihtelulukemat olivat tarkkoja ja korreloivat hyvin PSG-mittausten kanssa. Loppupäätelmä on, että Muratan BKG-tuotteet ovat riittävän luotettavia unianalyysiin.
Tekoäly siirtyy pilvestä koneisiin, kameroihin, antureihin ja robotteihin. Reunalla yksi laitteistoratkaisu ei kuitenkaan sovi kaikkeen, vaan suorituskyky on sovitettava mallin, datan ja käyttökohteen mukaan.
