Un plasture wireless ar putea înlocui poligrafele și monitoarele de somn voluminoase
Un plasture wireless, moale, destinat pieptului, ar putea înlocui poligrafele voluminoase și cablurile din laboratoarele de somn prin urmărirea continuă a semnalelor ascunse de stres ale corpului în medii reale, de la antrenamente în medicina de urgență până la tulburări de somn la sugari.
Un studiu recent publicat în Science Advances a avut ca scop dezvoltarea și validarea unei platforme purtabile inovatoare capabile să măsoare continuu și sincronizat semnalele cardiace, respiratorii, electrodermale și termice pentru evaluarea psihofiziologică avansată și aplicații clinice translaționale.
Monitorizarea psihofiziologică precisă este esențială pentru caracterizarea stresului și a disfuncției autonome în diverse condiții medicale. Fluctuațiile subtile ale activității cardiace, respiratorii, electrodermale și termice funcționează ca biomarkeri ai compromisului fiziologic și stresului. Acești parametri sunt interdependenți, stresul determinând modificări coordonate, dar individualizate, prin căi autonome. Evaluarea cuprinzătoare necesită, așadar, un sistem de senzori multimodali simultan.
Metodele convenționale, precum poligrafia și polisomnografia, utilizează multiple senzori cu fir atașați de corp, ceea ce limitează practicabilitatea și confortul. Complexitatea și disconfortul acestor sisteme pot introduce stres secundar și pot reduce fidelitatea măsurărilor, restricționând aplicabilitatea acestora în medii clinice și în rândul grupurilor vulnerabile.
Dispozitivele bioelectronice purtabile, în special platformele moi, integrate în piele, cu senzori wireless multimodali, au apărut pentru a aborda aceste limitări, permițând colectarea simultană a datelor cu un impact redus asupra utilizatorului, în timpul activităților zilnice. Cu toate acestea, majoritatea purtabilelor actuale sunt limitate la unul sau două parametrii sau se bazează pe biomarkeri din transpirație, ceea ce este împiedicat de cerințele de activare a glandelor și de întârzierile temporale.
Până în prezent, nu există nicio platformă existentă care să combine monitorizarea cardiacă, respiratorie, electrodermală și termică într-un singur dispozitiv miniaturizat, prietenos cu pacientul, care să fi fost validat atât pentru medii clinice, cât și de laborator.
Cercetătorii au dezvoltat un sistem de senzori multimodali interfațați cu pielea (SIMSS) pentru monitorizarea psihofiziologică continuă. SIMSS captează ritmurile cardiace și respiratorii și variabilitatea acestora, intensitatea sunetului cardiac, activitatea electrodermală, temperatura și conductivitatea termică, permițând o evaluare cuprinzătoare și în timp real a fiziologiei autonome și legate de stres.
Algoritmii de învățare automată (ML) aplicați datelor SIMSS clasifică cu acuratețe evenimentele de stres și stările fiziologice, deși aceste constatări au fost derivate din cohorte de participanți relativ mici pe parcursul studiilor de validare. În studiile de validare, datele au fost colectate de la șapte subiecți, cu unele analize raportate pentru șase participanți, în timpul interviurilor cu poligraf folosind atât SIMSS, cât și un sistem comercial de poligraf.
După o perioadă de odihnă de 10 minute, participanții au răspuns la seturi randomizate de întrebări de control și sensibile, separate prin intervale de 30 de secunde. Caracteristicile multimodale extrase din datele SIMSS au permis ML să detecteze sensibil modificările fiziologice în timpul întrebărilor.
Pentru monitorizarea somnului, 13 pacienți pediatri cu vârste între 7 și 30 de luni au purtat dispozitive SIMSS pe piept, fără a interfera cu sistemele clinice de polisomnografie (PSG). Într-un alt antrenament în laboratorul de simulare, șaisprezece rezidenți pediatri de anul doi au purtat atât SIMSS, cât și un dispozitiv ECG de referință, iar datele au fost colectate pe parcursul a șapte sesiuni pentru a evalua performanța în scenarii realiste.
SIMSS a demonstrat o detecție de înaltă acuratețe a stresului fiziologic. Dispozitivul a urmărit continuu ritmul respirator, variabilitatea acestuia, activitatea electrodermală și temperatura pielii, permițând monitorizarea cuprinzătoare a răspunsurilor autonome legate de stres. ML aplicat acestor date multimodale a permis diferențierea precisă între stres și odihnă, reproducând informațiile fiziologice cheie surprinse de sistemele de poligraf în timp real și în medii naturale.
Abordarea multimodală a îmbunătățit, de asemenea, interpretarea mecanistică a răspunsurilor autonome coordonate între sistemele fiziologice, fără a se baza pe un singur marker de stres. Dispozitivul a surprins răspunsurile fiziologice la stresul cognitiv în timpul sarcinilor de vorbire în zgomot, cu rezultate consistente cu cele obținute prin pupillometrie.
Ca poligraf purtabil, SIMSS a captat în mod fiabil răspunsurile fiziologice în timpul interviurilor, potrivind sistemele comerciale și confirmând activarea simpatică. Dispozitivul a detectat sensibil creșteri rapide ale markerilor de stres în mai multe domenii ca răspuns la întrebări sensibile.
Dispozitivul a evidențiat o activare autonomică largă în timpul stresului cognitiv, în special în fazele solicitante. Analiza de grup a confirmat creșteri fiziologice consistente și semnificative, în ciuda variabilității individuale. ML utilizând datele dispozitivului a permis profilarea detaliată a reactivității la stres, relevantă pentru tulburările legate de stres.
Validarea monitorizării stresului fizic a arătat că rezultatele dispozitivului au fost strâns corelate cu cele ale dispozitivelor de referință aprobate de FDA, fiind susținute de măsurătorile de cortizol. Creșterile coordonate ale markerilor fiziologici în timpul testelor de apă rece s-au corelat strâns cu cele ale electrocardiogramelor (ECG) și monitorilor de tensiune arterială, surprinzând modificările vasomotorii și microvasculare induse de stres.
ML a distins stresul fizic de odihnă cu o sensibilitate și specificitate ridicate, identificând variabilitatea ritmului cardiac și respirator ca markeri principali. Dispozitivul a surprins semnături distincte ale stresului interoceptiv și exteroceptiv, validând utilitatea sa în diverse medii.
Dispozitivul wireless a oferit o alternativă noninvazivă la PSG tradițional pentru monitorizarea somnului la sugari, permițând o evaluare confortabilă și continuă pe parcursul nopții, deși tehnologia se află încă în etapa de validare a cercetării.
În timpul somnului pediatric, înregistrările SIMSS s-au potrivit strâns cu rezultatele PSG, detectând în mod fiabil trezirile, hipopneea, desaturarea și urinarea, în timp ce au minimizat artefactele de mișcare. ML a confirmat o sensibilitate și specificitate ridicate pentru detectarea evenimentelor de somn, cu semnalele respiratorii, cardiace și termice ca predictori dominanți.
La sugarii cu sindrom Down, dispozitivul a relevat semnături autonome distincte, o activitate parasimpatică mai mare și markeri de stres mai scăzuți decât cei observați la controalele sănătoase, susținând potențialul său pentru evaluarea timpurie a riscurilor și intervenția în populațiile pediatrice vulnerabile.
Utilizarea
