Performance of non-invasive devices in evaluation of periodic limb movements and sleep-disordered breathing

Abstract

Uusia menetelmiä levottomien jalkojen ja kuorsauksen diagnostiikkaan

Laajaa unirekisteröintijärjestelmää pidetään unihäiriöiden diagnostiikan vertailustandardina. Sillä tehdyt tutkimukset ovat melko kalliita, koska ne tehdään yleensä unilaboratorioissa hoitajan valvonnassa. Rekisteröintijärjestelmässä on paljon johtoja ja mittalaitteita, jotka voivat häiritä potilasta. Siksi tarvitaan jatkuvaa kehitystyötä, jotta kliinisiin unirekisteröinteihin saadaan liikuteltavia, nukkujaa häiritsemättömiä, edullisia, mutta luotettavia metodeja.

Väitöskirjan aihe oli tutkia patjatyyppisten liikeantureiden soveltuvuutta jaksoittaisten raajaliikkeiden havaitsemiseen ja unenaikaisen hengityshäiriön selvittelyyn. Väitöskirjassa esitellään myös uuden metodin, henkitorven päältä rekisteröitävän tiivistetyn äänianalyysin käytettävyyttä unenaikaisten hengityshäiriöiden tutkimuksessa.

Levottomat jalat -oireyhtymästä kärsivillä potilailla on unirekisteröinneissä hyvin usein raajojen jaksoittaisia liikkeitä. Väitöskirjan osajulkaisuissa todettiin, että patjatyyppiset static-charge-sensitive bed (SCSB)- ja Emfit-anturit havaitsevat jaksoittaiset raajaliikkeet yhtä hyvin kuin vertailumenetelmänä käytettävä säärilihasten toiminnan mittaus.

SCSB- ja Emfit-antureiden hengityssignaaleissa näkyy erityinen, ns. piikikkyys-ilmiö. Unenaikaisen hengityshäiriön yhteydessä pitkäkestoisen piikikkyyden havaittiin liittyvän ilmavirran virtausrajoitukseen ja ihon läpi mitatun hiilidioksidiosapaineen nousuun. Hengityskatkoja (apnea) sisältävien jaksojen aikana hiilidioksidiosapaineen nousua ei havaittu.

Kuorsaus liittyy hyvin usein unenaikaisiin hengityshäiriöihin, ja se on tärkeä unitutkimuksiin lähettämisen syy. Kuorsaus voi olla katkeilevaa tai jatkuvaa ja pitkäkestoista. Katkeilevan kuorsauksen tiedetään usein liittyvän uniapneatautiin, mutta pitkäkestoisen kuorsauksen merkitys tunnetaan huonosti. Kuorsauksen ja henkitorven päältä rekisteröitävän äänen analyyseja voidaan käyttää unenaikaisten hengityshäiriöiden tutkimiseen. Väitöskirjassa esiteltävän uuden äänianalyysin perusteella hengityskatkot, pitkäkestoinen virtausrajoitus ja normaali hengitys voitiin erottaa toisistaan. Erityisen mielenkiintoista oli, että jatkuvan, pitkäkestoisen kuorsauksen aikana oli todettavissa selvää virtausrajoitusta, vaikka usein ajatellaan vain katkeilevan kuorsauksen liittyvän hoidettaviin unenaikaisiin hengityshäiriöihin.

Tutkitut uudet rekisteröintimenetelmät, SCSB ja Emfit sopivat jaksoittaisten raajaliikkeiden havaitsemiseen. Emfit ja henkitorven päältä rekisteröitävä tiivistetty äänianalyysi voivat auttaa unenaikaisten hengityshäiriöiden selvittelyssä. Kaikkia näitä antureita voidaan käyttää osina laajempia järjestelmiä tai erillisinä rekisteröintilaitteina. Niillä tehtävät rekisteröinnit ovat edullisia, suoritukseltaan helppoja ja häiritsevät potilasta vain vähän, jos lainkaan. Niinpä ne ovat erittäin sopivia liikuteltaviin unirekisteröintijärjestelmiin. Lisäksi niillä kaikilla on erityisominaisuuksia, joiden avulla voidaan havaita ja luonnehtia vielä huonosti tunnettua pitkäkestoista virtausrajoitusta.

Polysomnography is considered as the gold standard in diagnosing sleep disturbances. These studies are quite expensive as they are performed in sleep laboratories with continuous attendance by a technician or nurse. Recordings with large amounts of cables and measurement devices can be inconvenient for the patients. Therefore there is a constant need to develop ambulatory, unmolested, inexpensive but reliable methods for clinical sleep investigations.

The aim of this thesis was to study the suitability of mattress type movement sensors for the detection of periodic limb movements and in the characterization of sleep-disordered breathing. Also the performance of a new method, compressed tracheal sound analysis, in the evaluation of sleep-disordered breathing is presented in the thesis.

Patients with restless leg syndrome have very often periodic limb movements in their sleep recordings. This finding is considered as a supportive criterion in restless legs diagnostics. The gold standard in recording of periodic limb movements is anterior tibialis electromyography. The studies in this thesis showed that the static-charge-sensitive bed (SCSB) and Emfit sensors detect periodic limb movements reliably and the periodic movement indexes were quite comparable with the gold standard.

A special signal feature, a spiking phenomenon is seen with both the SCSB and Emfit sensors. Spiking can also reliably be detected with an automatic method that does not need any recording-specific tuning before the analysis. In sleep-disordered breathing prolonged spiking was found to be associated with an increase in transcutaneously measured carbon dioxide (TcCO2). During apnea and hypopnea episodes no significant change in TcCO2 level was observed. The non-round inspiratory flow shapes, which are related to flow limitation, were most constant phenomenon during prolonged spiking episodes.

Snoring is very often associated with sleep-disordered breathing and an important reason for referrals to sleep studies. Analyses of snoring and tracheal sound can be used in the evaluation of sleep related breathing disorders. In the compressed tracheal sound analysis the signal curve can visually be divided into three distinct patterns. The characteristics of the patterns differed significantly from each other. Based on the diverse appearances of the patterns, breathing with apneas/hypopneas, flow limitation and normal breathing could be distinguished.

The studied non-invasive methods, the SCSB and Emfit seem to be suitable for detecting periodic limb movements. Emfit and compressed tracheal sound analysis can help in the evaluation of sleep-disordered breathing. They all can be used as parts of larger recording systems or even as stand-alone devices. The recordings are inexpensive, easy to perform and cause minimal if any disturbance to a patient. Thus they are very suitable for ambulatory sleep recording systems. Additionally, they all have special features that can detect and characterize the still poorly understood prolonged flow limitation.