Ученые разрабатывают «умную пижаму» для мониторинга нарушений сна
Исследователи разработали удобную, легко стирающуюся «умную пижаму», которая может контролировать нарушения сна, такие как апноэ во сне, в домашних условиях, без необходимости использования липких пластырей, громоздкого оборудования или посещения специализированной клиники сна.
Группа ученых под руководством Кембриджского университета разработала датчики на основе напечатанной ткани, которые могут контролировать дыхание, улавливая малейшие движения кожи, даже когда пижама свободно надета на шее и груди.
Датчики, встроенные в умную пижаму, были обучены с использованием «легкого» алгоритма ИИ и могут определять шесть различных состояний сна с точностью 98,6%, игнорируя при этом обычные движения во время сна, такие как ворочание и переворачивание. Энергоэффективным датчикам требуется всего несколько примеров режимов сна, чтобы успешно определить разницу между обычным и неупорядоченным сном.
Исследователи говорят, что их умная пижама может быть полезна миллионам людей в Великобритании, которые борются с расстройствами сна, чтобы контролировать свой сон и то, как на него могут повлиять изменения образа жизни . Исследование опубликовано в Трудах Национальной академии наук .
Сон жизненно важен для здоровья человека, однако более 60% взрослых людей страдают от плохого качества сна, что приводит к потере от 44 до 54 рабочих дней в год и, по оценкам, к снижению мирового ВВП на 1%. Такие привычки сна, как дыхание ртом , апноэ во сне и храп, являются основными факторами плохого качества сна и могут привести к хроническим заболеваниям , таким как сердечно-сосудистые заболевания, диабет и депрессия.
«Плохой сон оказывает огромное влияние на наше физическое и психическое здоровье, поэтому правильный мониторинг сна жизненно важен», — сказал профессор Луиджи Оккипинти из Кембриджского центра графена, который руководил исследованием. «Однако текущий золотой стандарт мониторинга сна, полисомнография или ПСГ, дорог, сложен и не подходит для длительного использования в домашних условиях».
Домашние устройства, которые проще ПСГ, такие как домашние тесты сна, обычно фокусируются на одном состоянии и являются громоздкими или неудобными. Носимые устройства, такие как смарт-часы, хотя и более удобны для ношения, могут только делать выводы о качестве сна и неэффективны для точного мониторинга расстройств сна.
«Нам нужно что-то удобное и простое в использовании каждую ночь, но достаточно точное, чтобы предоставлять значимую информацию о качестве сна», — сказал Оккипинти.
Для разработки умной пижамы Оккипинти и его коллеги опирались на свою более раннюю работу над умным чокером для людей с нарушениями речи. Команда перепроектировала датчики на основе графена для анализа дыхания во время сна и внесла несколько улучшений в конструкцию для повышения чувствительности.
«Благодаря внесенным нами изменениям в конструкцию датчики способны определять различные состояния сна, игнорируя при этом регулярные ворочения и переворачивания», — сказал Оккинпинти. «Повышенная чувствительность также означает, что умную одежду не нужно носить туго на шее, что многим людям может показаться неудобным. Пока датчики находятся в контакте с кожей, они обеспечивают высокоточные показания».
Исследователи разработали модель машинного обучения под названием SleepNet, которая использует сигналы, полученные датчиками, для определения состояний сна, включая носовое дыхание, ротовое дыхание, храп, скрежетание зубами, центральное апноэ сна (CSA) и обструктивное апноэ сна (OSA). SleepNet — это «легкая» сеть искусственного интеллекта, которая снижает вычислительную сложность до такой степени, что ее можно запускать на портативных устройствах без необходимости подключения к компьютерам или серверам.
«Мы сократили модель ИИ до такой степени, что смогли получить наименьшие вычислительные затраты при наивысшей степени точности», — сказал Оккинпинти. «Таким образом, мы можем встроить основные процессоры данных непосредственно в датчики».
Умная пижама была протестирована на здоровых пациентах и пациентах с апноэ во сне и смогла определить ряд состояний сна с точностью 98,6%. Обработав умную пижаму специальным этапом крахмаления, удалось повысить долговечность датчиков, чтобы ее можно было стирать в обычной стиральной машине.
Последняя версия умной пижамы также поддерживает беспроводную передачу данных, что означает, что данные о сне можно безопасно передавать на смартфон или компьютер.
«Сон очень важен для здоровья, и надежный мониторинг сна может стать ключом к профилактическому уходу», — сказал Оккипинти. «Поскольку этот предмет одежды можно использовать дома, а не в больнице или клинике, он может предупреждать пользователей об изменениях во сне, которые они затем могут обсудить со своим врачом. Такие особенности поведения во время сна, как носовое или ротовое дыхание, обычно не выявляются при анализе сна NHS, но могут быть индикатором расстройства сна».
Исследователи надеются адаптировать датчики для различных медицинских условий или домашнего использования, например, для наблюдения за детьми, и ведут обсуждения с различными группами пациентов. Они также работают над повышением долговечности датчиков для долгосрочного использования.