Richtung automatische Schlafapnoe-Schätzung zu Hause mit Deep Learning – npj Digital Medicine

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Die Polysomnographie-Daten sind im Europäischen Datenformat (EDF) verfügbar, während die Profusionsdateien im XML-Format als annotierte Label-Dateien dienen. Für jede Schlafphase wurden die Profusionsdateien unter Verwendung der Rechtschaffen & Kales (R&K) Kriterien annotiert. Jede Profusionsdatei enthält Annotationen für jede 30-Sekunden-Probe von Schlafphasen und Instanzen von Schlafproblemen, mit Informationen zu Beginn und Dauer der Anomalie sowie dem verwendeten Sensor zur Erkennung der Anomalie. Die Datenbanken werden wie folgt zusammengefasst.

Der MrOS-Schlafstudie: Die MrOS-Studie ist eine Unterstudie der Männer-Studie zu osteoporotischen Frakturen. Zwischen 2000 und 2002 wurde eine Basisbewertung an 5994 älteren Männern im Alter von 65 Jahren oder älter durchgeführt. Zwischen Dezember 2003 und März 2005 wurden insgesamt 3135 dieser Teilnehmer einer vollständigen unbetreuten Polysomnographie und 3- bis 5-Tage-Aktigraphietests unterzogen. Der Zweck der Schlafstudie war es, festzustellen, inwieweit Schlafstörungen mit nachteiligen Gesundheitsergebnissen wie dem erhöhten Risiko von Tod, Frakturen, Stürzen und Herz-Kreislauf-Erkrankungen verbunden sind.

Die MESA-Schlafstudie: Die Multi-Ethnic Study of Atherosclerosis (MESA) ist eine gemeinsame sechszentrische Längsschnittuntersuchung zu Faktoren, die mit der Entwicklung und dem Fortschreiten von subklinischer zu klinischer kardiovaskulärer Erkrankung in 6814 schwarzen, weißen, hispanischen und chinesisch-amerikanischen Männern und Frauen im Alter von 45 bis 84 Jahren in den Jahren 2000-2002 zusammenhängen. Vier Folgeuntersuchungen wurden durchgeführt, eine jeweils in den Jahren 2003-2004, 2004-2005, 2005-2007 und 2010-2011. Darüber hinaus nahmen 2237 Personen an einer Schlaftestung durch MESA Sleep zwischen 2010 und 2012 teil. Die Studie zielt darauf ab, festzustellen, ob es eine Korrelation zwischen subklinischer Atherosklerose und Geschlecht, Ethnizität oder anderen demografischen Unterschieden bei Schlaf und Schlafstörungen gibt.

Die SHHS-Schlafstudie: Die Sleep Heart Health Study ist eine multizentrische Kohortenstudie, die vom National Institute of Heart, Lung and Blood durchgeführt wurde. Der Zweck der Studie war es, die Auswirkungen von schlafbezogenen Atmungsstörungen auf das kardiovaskuläre System sowie auf andere Aspekte der Gesundheit einer Person zu untersuchen und festzustellen, ob während des Schlafes auftretende Atemprobleme mit einem erhöhten Risiko für koronare Herzkrankheiten, Schlaganfälle, Tod durch alle Ursachen und Hypertonie verbunden sind.

Die Daten wurden in Trainings-, Validierungs- und Testdatenpartitionen aufgeteilt, um die Modelle zu bewerten und die Leistungsmetriken zu bestimmen. Die Methoden wurden anhand von Metriken wie Genauigkeit, Rückruf, Spezifität, Präzision und F1-Score bewertet. Der Empfangsbetriebsbaume (ROC) und das Präzisionsrückrufdiagramm wurden ebenfalls verwendet, um die Leistung der Modelle zu vergleichen. Die Ergebnisse zeigen, dass eine Kombination von CNNs und LightGBM bessere Generalisierungseigenschaften aufweist als ein einzelnes CNN, insbesondere für die AHI-Schätzung und die Bewertung der Schwerwiegendheitsklasse der Patienten.