Ⅳ型便携式睡眠监测设备在心内科的应用

黄楷壮，王玲，黄志华，陈纪言

阻塞性睡眠呼吸暂停（obstructive sleep apnea，OSA）是一种常见的睡眠障碍性疾病，在普通人群中患病率为5%～15%[1-2]。OSA 是高血压、心力衰竭、心律失常和脑卒中等众多疾病的重要危险因素[3-6]，通过治疗OSA 能够降低该人群患高血压等心血管疾病的风险[7]。一直以来大部分潜在OSA 患者没有得到临床医师充分的识别，导致其得不到及时的诊治。造成这种现状的一个重要原因是睡眠监测设备的限制，目前多导睡眠监测（polysomnography,PSG）仍是诊断OSA 的金标准，但是心血管疾病患者的健康状况较难耐受整夜睡眠监测，而且多导睡眠监测费用高昂，过程繁琐，加大了OSA 诊断的需求和设备可用性之间的矛盾。

除了Ⅰ型睡眠监测设备外，许多便携式睡眠监测设备（portable monitoring,PM）逐渐被开发设计出来[8]，包括Ⅱ型、Ⅲ型和Ⅳ型PM。Ⅳ型PM 更加轻便，对于心内科高危人群的OSA 筛查不失为一个好的选择，但是目前为止，关于其在OSA 诊断准确度等方面的证据尚不充足。本研究将通过与Ⅲ型PM 相比较，评估Ⅳ型PM 设备在心内科受试者中识别OSA的应用价值。

2018 年Azarbarzin 等[9]发表在《欧洲心脏杂志》的文章指出，睡眠呼吸暂停-低通气指数（apneahypopnea index,AHI）或者呼吸事件指数（respiratory events index，REI）作为频率指标，可能无法充分反映OSA 患者的疾病负担。研究者定义了“低氧负担”来量化OSA 的严重程度，并发现低氧负担是预测心血管死亡率的一个良好指标，在本研究中，除了比较两种设备所测得的常规睡眠呼吸参数，我们还将比较两种设备测得的低氧负担值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

入选2016 年3 月到2018 年7 月于广东省人民医院心内科住院的患者共293 例，在同一个晚上按仪器标准操作流程同时佩戴Ⅲ型PM（飞利浦AlicePDx，美国伟康公司）和Ⅳ型PM（莫费时Ox，北京德海尔医疗技术有限公司）进行睡眠监测。纳入标准包括：年龄≥18 岁，同意同时佩戴这两项睡眠监测设备。排除标准包括：具有严重呼吸系统疾病、严重神经精神疾病和任何该睡眠监测设备的禁忌症。所有患者均签署知情同意书。

1.2 Ⅲ型PM

飞利浦AlicePDx 是一款Ⅲ型PM，它包括以下导联信号：血氧饱和度（oxygen saturation,SpO2）、脉搏、气流（通过热敏电阻以及鼻导管检测气流压力和鼾声）、胸腹部运动努力（电感容积描记法）以及体位，监测时间至少4 h 以上。完成监测后，根据美国睡眠医学会（AASM）发布的睡眠及其相关事件判读规则2.1 版本[10]，在配套软件上进行监测数据的判读。采用REI 来评估受监测患者的病情严重程度，呼吸事件包括呼吸暂停和低通气，睡眠期间持续≥10 s 的热敏气流传感器信号消失则定义为睡眠呼吸暂停；睡眠中持续≥10 s 的气流压力信号降低>30%、并伴有SpO2降低≥4%，则定义为低通气；平均每小时的睡眠呼吸暂停和低通气的次数即为REI。对于临床的使用，OSA 的严重程度定义如下：“轻度”为5 次/h ≤ REI<15 次/h，“中度”为15 次/h ≤ REI<30 次/h，“重度”为REI ≥30 次/h。获取的其他睡眠参数有：最低SpO2、平均SpO2、总监测时长。同时我们根据设备捕捉到的呼吸暂停相关氧降事件计算低氧负担。

1.3 Ⅳ型PM

莫费时Ox 是一款Ⅳ型PM，该设备利用一种简单的非侵入性、基于光电容积描记法（PPG）方法，通过套于手指的脉搏血氧仪进行数据的收集，采用REI来评估受监测患者的病情严重程度。受试者监测完毕后，利用专用软件，将收集的参数结合起来产生呼吸波形，再通过信号处理应用进一步分析与SpO2下降有关的呼吸波形振幅变化，以检测临床呼吸暂停和低通气事件，该软件使用血氧饱和度至少降低4%来定义1 次呼吸紊乱相关氧降；同时，软件会将每个参数或特征采用高斯混合模型的算法进行建模，进而区分睡眠和清醒时间，在清醒期间发生的呼吸事件被排除在外，其余的呼吸事件将在整个睡眠时间中平均以生成REI 值。因此，该软件平台可以检测和测量得到受试者的REI、入睡时间、清醒时间和总监测时长、最低SpO2、平均SpO2等信息。同样，我们根据其呼吸暂停相关氧降事件计算低氧负担。

1.4 低氧负担

低氧负担计算方法如图1 所示，对于一位OSA患者的每一个独立的呼吸暂停或低通气事件，SpO2基线定义为事件结束前100 s 内的最大SpO2，将所有事件的低于该基线值以下的SpO2区域以事件结束点为零点重叠之后，计算每一个时间点的SpO2均值，根据零点两侧的SpO2均值的峰值确定该患者独立的“氧降事件检索窗”，再使用“氧降事件检索窗”去得出每个事件标准化后的时间范围，计算标准化时间内OSA 患者呼吸暂停相关氧降事件期间的SpO2下降曲线与基线之间的面积，这些面积相加后除以整夜睡眠时间，即该OSA 患者的低氧负担，单位为（%·min）/h。例如，20（%·min）/h 的低氧负担相当于每小时有2 min 10%氧降，或者每小时有5 min 4%氧降[9]。

图1 低氧负担的计算说明图

1.5 统计学方法

采用SPSS 20.0 统计学软件进行分析。定量数据若符合正态分布则以均值±标准差表示，若符合非正态分布则用中位数（P25，P75）表示。分类数据以计数（百分比）表示。对Ⅳ型PM 检测OSA 的性能进行评估，方法是将Ⅲ型PM 测得的REI（Ⅲ型PM-REI）、低氧负担与Ⅳ型PM 测得的REI（Ⅳ型PM-REI）、低氧负担进行Pearson（正态分布数据）或Spearman（非正态分布数据）相关性分析，计算其相关系数。绘制Bland-Altman 图反映两种PM设备得到的REI 之间、低氧负担之间的一致性。以Ⅲ型PM-REI 的临床诊断阈值（“轻度”为5 次/h ≤ REI<15 次/h，“中度”为15 次/h ≤ REI<30 次/h，“重度”为REI ≥30 次/h）作为评估OSA 严重程度的不同对照标准,计算Ⅳ型PM-REI 的符合率、Kappa 值，制作ROC 曲线并计算 AUC。由于低氧负担呈偏态分布，为将其转换成正态分布，我们对其进行lg转换，标记为“lg 低氧负担”。P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 275 例患者临床基线资料

最初选择了293 例患者，排除18 例Ⅲ型PM 或Ⅳ型PM 佩戴时间不足4 h 的受试者，最终纳入分析的有275 例患者，其中男性206 例（74.9%），女性69 例（25.1%），平均年龄为（57.5±11.4）岁，体重指数（26.6±3.6）kg/m2。Ⅲ型PM-REI 为10.0（4.5，25.2）次/h，其中24.7%的患者没有OSA，31.6%患者为轻度OSA，中度和重度的OSA 患者分别为22.9%和20.7%（表1）。

表1 275 例患者临床基线资料

2.2 REI、最低SpO2、平均SpO2 的比较

Ⅲ型PM 记录总监测时长为（8.4±1.1）h，Ⅲ型PM-REI 为10.0（4.5,25.2）次/h；Ⅳ型PM 记录总监测时长为（8.9±1.3）h，Ⅳ型PM-REI 为14.7（7.1,30.2）次/h。

Ⅲ型PM-REI 和Ⅳ型PM-REI 的Pearson 相关系数为0.913，P<0.001，呈强相关关系（图2A）；二者的Bland-Altman 散点图提示，两种监测设备测得的指数值具有良好的一致性，大部分估计值落在1.96 倍均值的标准差之间（图3）。Pearson 相关性检验同样提示Ⅲ型PM 与Ⅳ型PM 测得的平均SpO2（图2B）和最低SpO2（图2C）有相关性，其中，两种设备的最低SpO2呈强相关（r=0.895，P<0.001）。

图2 两种设备的REI（2A）、平均SpO2（2B）、最低SpO2（2C）、lg 低氧负担（2D）的相关性

图3 两种设备测得的REI 的Bland-Altman 散点图

当Ⅲ型PM-REI 采取三种不同阈值为诊断阳性的标准（REI ≥5 次/h，REI ≥15 次/h 和REI ≥30次/h）时，根据Ⅳ型PM-REI 与Ⅲ型PM-REI 比较得出的灵敏度/（100-特异度）绘制的ROC 曲线。三者的AUC 均≥0.936，P<0.001，Ⅳ型PM 在区分不同严重程度的OSA 时，与Ⅲ型PM 相比具有较好的准确度（图4、表2）。

表2 Ⅲ型PM-REI 取不同阈值时Ⅳ型PM 的诊断表现情况

图4 Ⅲ型PM-REI 取不同阈值（4A:REI ≥5 次/h；4B:REI ≥15 次/h；4C:REI ≥30 次/h）时，根据Ⅳ型PM-REI 绘制的 ROC 曲线

表2 总结了在Ⅲ型PM-REI 采取不同阈值为诊断阳性的标准时，Ⅳ型PM-REI 的诊断表现情况。当Ⅲ型PM-REI ≥5 次/h 为参照标准时，Ⅳ型PM-REI 诊断的符合率为84.0%，Kappa 值为0.520，P<0.001；当Ⅲ型PM-REI ≥15 次/h 为参照标准时，Ⅳ型PM-REI 诊断的符合率为87.3%，Kappa值为0.744，P<0.001；当Ⅲ型PM-REI ≥30 次/h 为参照标准时，Ⅳ型PM-REI 诊断的符合率为90.9%，Kappa 值为0.742，P<0.001。Ⅳ型PM 在区分中度和重度OSA 患者时，与Ⅲ型PM 具有高度一致性。

2.3 低氧负担的比较

Ⅲ型PM 测得的低氧负担为6.9（1.6,23.1）（%·min）/h，经lg 转换后的值（Ⅲ型PM-lg 低氧负担）为0.87±0.76；Ⅳ型PM测得的低氧负担为25.0（13.5,48.8）（%·min）/h，经lg 转换后的值（Ⅳ型PM-lg 低氧负担）为1.41±0.40。

Ⅲ型PM-lg 低氧负担和Ⅳ型PM-lg 低氧负担的Pearson 相关系数为0.821，P<0.001，呈强相关关系（图2D）。二者的Bland-Altman 散点图提示，两种监测设备的lg 低氧负担具有良好的一致性，大部分估计值落在1.96 倍均值的标准差之间（图5）。

图5 两种设备测得的lg 低氧负担的Bland-Altman 散点图

3 讨论

在本研究中，我们评估了一种单通道、双信号（SpO2和PPG）的Ⅳ型PM（莫费时Ox）在心内科患者中评估OSA 病情的有效性。Ⅳ型PM 测得的REI与广泛使用的Ⅲ型PM 测得的REI 相比，有良好的相关性和一致性；而且，以Ⅲ型PM 测得的REI 的不同阈值为诊断阳性参照标准时，其测得的结果的符合率、Kappa 值和AUC 都是可接受的。另外，如果采用OSA 病情评估的一个新指标——低氧负担，两种设备所测得的低氧负担也具有较好的一致性。

像莫费时Ox 这样的Ⅳ型PM 设备对于心内科等普通临床病房是很有吸引力的，原因有以下几点。第一，它腕表式的设计及最少步骤的设置，保证了其简便性，便于临床医师在普通科室开展OSA 筛查。第二，与传统的监测诊断方法相比，它不会因导联过多令受试者焦虑和不舒适，其友好性和简便性可以为受试者创造更多的正常睡眠，保证监测的质量。第三，该设备的相对较低的成本可以促进其更广泛的使用，必要时可以进行重复监测，有助于提高OSA 的检出率和准确度，也可以更及时的复查评估。

先前也有研究者进行过类似的研究[11-13]。Amir等[11]在74 例受试者中评估了一款同样基于PPG 的监测设备的使用，其中60 例在医院心内科，14 例在睡眠实验室接受监测；结果显示，PPG 设备测得的睡眠紊乱呼吸和陈式呼吸参数与金标准多导睡眠监测相比有很好的相关性；研究者认为与多导睡眠监测相比，这款自动化设备能对睡眠和（或）与心脏相关的呼吸疾病进行可接受的分析，考虑到其应用的方便性和简便性，该设备可作为心血管疾病患者睡眠呼吸紊乱的家庭和动态筛查和诊断的合适工具。Romem 等[13]则采用与本研究相同的Ⅳ型PM 在65 例患者中进行与多导睡眠监测相比较的诊断性试验，其中有19 例有心肺合并症。结果显示，无论有无心肺合并症，当多导睡眠监测所得AHI>5 次/h时，Ⅳ型PM 测得的REI 敏感性为80%，特异性为86%，阳性预测值93%，阴性预测值68%，阳性似然比5.9；当多导睡眠监测所得AHI>15 次/h 时,Ⅳ型PM 测得的REI 敏感性为70%，特异性为91%，阳性预测值为80%，阴性预测值为85%，阳性似然比为7.83。受试者AUC 分别达到0.91 和0.90。所以，有和无心肺合并症的患者中，Ⅳ型PM 获得的数据与同期实验室多导睡眠监测的数据对诊断可疑OSA 有很好的可比性。此外，已有随机对照研究[14]证实Ⅲ型PM 与同步多导睡眠监测的高水平的诊断一致性，并且Ⅲ型PM 可以可靠地在睡眠实验室之外的地方进行使用。本研究结果证实了Ⅳ型PM 与Ⅲ型PM 同样具有很好的一致性，所以，在心内科病房，是可以采用Ⅳ型PM 进行可疑OSA 患者的诊断和OSA 患者的病情复查的。而且对于更容易发生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无法耐受多导睡眠监测，通过自动化的PM 设备以更方便的方式进行可靠的睡眠测试可能是唯一合适的方法。除了比较REI 等参数之外，因为近期一项大型队列研究提出的关于OSA 病情评估指标的新观点[9]，我们还对比了两种设备所取得的“低氧负担”。结果显示，两种设备的“低氧负担”同样具有高度的相关性和一致性。所以，如果在将来，大家普遍接受和广泛采纳了“低氧负担”这一指标，Ⅳ型PM 这一设备同样是适用于临床的。

本研究中两种设备测得的结果存在一定的差异，分析原因可能包括以下五个方面：（1）Ⅲ型PM导联较多，存在一定的导联脱落和数据缺失，如气流和胸腹带脱落、汗液伪迹等影响监测结果的判读；而Ⅳ型PM 是基于PPG 的脉搏血氧仪的监测，信号采集良好、数据获取相对完整。（2）Ⅲ型PM 为人工判读呼吸事件[10]，Ⅳ型PM 则依靠软件自动分析和出具报告。不同判读分析员之间可能存在系统性误差[15]，因此造成监测结果有所差别。（3）住院心血管疾病患者睡眠有效率下降，Ⅲ型PM 的不轻便对这部分患者睡眠干扰大，进一步降低睡眠效率和质量[16]；Ⅳ型PM 更便携和易于接受，对睡眠干扰少，使受试者接近正常的睡眠状态，增加睡眠时间。本研究中Ⅲ型PM 记录总监测时长为（8.4±1.1）h，Ⅳ型PM 记录总监测时长为（8.9±1.3）h，可能正是这一点的体现。（4）Ⅲ型PM 具有指脉氧导联，Ⅳ型PM 则根据脉氧和PPG 技术来判别OSA，脉搏血氧仪的佩戴规范是获取血氧饱和度及准确的PPG 信号的前提，佩戴不规范可导致血脉氧饱和度信号异常，及影响最终OSA 严重程度的分析。其他影响血氧饱和度监测的因素还包括严重贫血、强光、周围血管问题、脉搏强弱和其他设备的干扰[17]。

本研究尚存在一定的局限性，第一，目前多导睡眠监测仍是OSA 诊断的金标准，我们将进一步筛选合适的受试者进行Ⅳ级PM 和多导睡眠监测的比较，以进一步验证Ⅳ级PM 的诊断价值。第二，本研究没有根据不同的心血管疾病进行分组，下一步我们可以进行更深入的亚组分析，以更精准地确定该设备最适用的心内科病种类型。第三，未来可以应用更大样本的随机对照研究挖掘这种便携式设备的价值。

基于脉搏血氧仪和PPG 的Ⅳ型PM 在心内科可疑OSA 患者的诊断方面有较好的应用价值，与Ⅲ型PM 具有良好的一致性。鉴于Ⅳ型PM 的方便性和有效性，未来可以将其作为筛查和诊断患有心血管疾病的OSA 患者的一个工具。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突