Hengitystilavuuden mittaaminen puettavilla impedanssipneumografialaitteilla

Abstract

Hengityselinsairaudet koskettavat merkittävää osaa maailman väestöstä ja niiden tehokas seuranta edellyttää luotettavia mittaustapoja hengitystoiminnan arvioimiseksi. Puettavat ja jatkuva-aikaiset mittausratkaisut voivat täydentää perinteisiä tutkimusmenetelmiä tarjoamalla tietoa hengityksestä myös arkisissa olosuhteissa. Tällä hetkellä luotettavimmat menetelmät hengitystilavuuden mittaamiseen ovat spirometria ja kehopletysmografiamittaus, jotka kummatkin suoritetaan tiettynä ajanhetkenä kliinisissä olosuhteissa, eivätkä siten kuvasta päivittäisten toimintojen aikaisia arvoja. Lisäksi kummatkin hengitystilavuuden mittaamisen perinteisistä menetelmistä vaativat suukappaleen käyttöä, mikä häiritsee luonnollista hengitystä. Jatkuva-aikaiseen mittaamiseen soveltuva ei-invasiivinen mittaustapa tarjoaisi mahdollisuuden seurata jo diagnosoidun sairauden kuten astman, uniapnean tai keuhkoahtaumataudin etenemistä, jolloin hengityksen äkillisiin muutoksiin on mahdollista reagoida nopeasti. Mikäli puettavan laitteen mittaustarkkuus saataisiin spirometrian tasolle, sen tulosten perusteella voitaisiin tehdä myös diagnooseja, mutta toistaiseksi ei ole pystytty kehittämään näin tarkkaa laitetta. Jatkuvasta hengitystilavuuden mittaamisesta on hyötyä myös kestävyysurheilijoille harjoittelun optimoinnissa.

Tässä kirjallisuuskatsauksessa tarkasteltiin impedanssipneumografiaa puettavana hengitystilavuuden mittausmenetelmänä. Impedanssipneumografia perustuu rintakehän läpi syötettävän sähkövirran impedanssin vaihteluihin hengityksen eri vaiheissa. Mittaus tapahtuu ihon pinnalle asetettavien elektrodien kautta, joiden mittaaman jännitteen perusteella voidaan laskea kertahengitystilavuus. Työssä perehdyttiin impedanssipneumografian fysiologiseen ja tekniseen taustaan sekä siihen, kuinka elektrodit, kalibrointimenetelmät ja signaalinkäsittely vaikuttavat mittaustulosten luotettavuuteen. Lisäksi selvitettiin jatkuva-aikaisen mittauksen sovelluskohteita kliinisessä käytössä ja kuluttajamarkkinoilla, sekä analysoitiin jo markkinoilla olevien laitteiden mittaustarkkuutta suhteessa hengitystilavuuden mittaamisen kultaiseen standardiin spirometriaan.

Kirjallisuuden pohjalta voidaan todeta, että impedanssipneumografia tarjoaa lupaavan lähtökohdan puettavien laitteiden kehittämiselle, vaikka sen mittaustarkkuus ei vielä täysin vastaa perinteisiä kliinisiä menetelmiä, ainakaan liikkuvissa olosuhteissa. Sen sovellusalueet painottuvat toistaiseksi seurantaan, mutta etenkin kaksitaajuinen mittaus sekä kattavammat kliiniset kokeilut voisivat viedä menetelmää kohti laajempaa käyttöä. Mittaustarkkuuden parantamisessa koneoppimismalleilla on keskeinen rooli sekä kalibroinnissa että signaalinkäsittelyssä, sillä ne mahdollistavat mittaustulosten tarkemman tulkinnan vaihtelevissa olosuhteissa. Tulevaisuuden kehityskohteiksi nousee etenkin laitteiden muuttaminen täysin langattomiksi, jotta ne palvelisivat käyttäjää mahdollisimman huomaamattomasti ja vaivattomasti arjessa.