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作者:陳明周(2004-07-13);推薦:徐業良(2004-07-13)
附註:本文為九十三學年度元智大學機械工程研究所陳明周碩士論文「鼾聲監測裝置之設計與製作」第五章。

第五章 鼾聲監測裝置之實際測試

本研究鼾聲監測裝置實際測試分三階段進行,第一階段先在測試室中使用錄製的鼾聲測試,主要目的是測試在一控制的環境下本鼾聲監測裝置對不同受測者鼾聲的辨識率。第二階段至醫院的睡眠檢查中心,對經耳鼻喉科醫師判斷患有睡眠呼吸中止症之患者作整晚測試,以測試本裝置對睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵監測效果。本研究鼾聲監測裝置設定之使用環境為家中,因此第三階段測試至經耳鼻喉科醫師認定需要做多項式睡眠檢查的患者家中,主要目的在測試在實際家中睡眠環境下,受到包含環境雜音、受測者翻身、移動等因素影響下,本鼾聲監測裝置的鼾聲辨識率。

本章之測試結果分為鼾聲與睡眠呼吸中止症兩項,其中睡眠呼吸中止症之判定即為前文所述符合睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵之情形。各項測試數據中的鼾聲實際發生次數來自於實際聆聽記錄的聲音檔,由人耳進行判斷所得之數值。

5.1     測試室測試

本階段的試驗方式是先錄製4位不同患者整夜的鼾聲,選取當中10分鐘較為明顯的部份作為樣本進行測試,測試時鼾聲判斷程式中用於避免異音干擾的n值依照第二章設計概念中敘述的設定執行(即初始時鼾聲必需重複4次才開始計算,待鼾聲次數遞增,所需重複次數逐漸下降),以確定這個方式的可行性。不過由於只採10分鐘的樣本,因此符合睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵必需在鼾聲次數大於50之後才開始判斷的設定則取消。

測試設備佈置如圖5.1所示,擴音器與感測器間間隔50cm,並放置一個分貝計。放罝分貝計的原因為一般鼾聲的音量範圍在60~90分貝之間,因此播放時也必需在這個範圍之內,若最大鼾聲超過90分貝,大於一般人鼾聲所能造成的音量,則該次測試不算。

5.1 測試設備佈置圖

測試結果如表5.1所示,共有四組鼾聲編號由A~D,每組鼾聲都進行3次測試並且計算成功率,成功率的定義是將偵測次數除以實際次數。其中的偵測次數需加上因等待n次才開始視為是鼾聲而未被紀錄的鼾聲,原因為照正常的鼾聲判斷程式當鼾聲累計超過80次後n值會降至1,這些鼾聲就會受到正確的判斷。睡眠呼吸中止症的由於3次測試結果都一樣,因此不分開表示。

測試結果得到平均成功率最低為74%,最高到達96%,同時每組的3次測試所得的結果也都非常接近,相差最多為鼾聲C3%,顯示本感測器的穩定性及及可重複性。這個階段的測試由於是在理想環境中進行,且是選取較為明顯的鼾聲樣本,因此有很高的成功率。

5.1 第一階段辨識結果

 

樣本時間長度

鼾聲

睡眠呼吸中止症

實際次數

偵測次數

成功率

平均成功率

實際次數

偵測次數

鼾聲A

10分鐘

151

148

96%

96%

1

1

145

96%

145

96%

鼾聲B

10分鐘

137

123

88%

87%

1

1

121

86%

124

88%

鼾聲C

10分鐘

83

63

74%

74%

1

2

62

73%

64

76%

鼾聲D

10分鐘

104

96

92%

91%

1

0

94

90%

84

90%

5.2~54次測試的鼾聲波形與判斷結果。其中樣本A的患者在這10分鐘內的鼾聲規律不間斷,音量足夠且時間間隔完全符合本鼾聲監測裝置的判斷方式,因此可以有高達96%的成功率,有1次的呼吸中止症的情形也成功偵測,波形如圖5.2所示。樣本B5分鐘的鼾聲較鼾聲較為混亂,同時程式中的n正在適應,因此失誤較多,過了5分鐘之後就都能清楚的判斷,樣本中有1次呼吸中止的情形也成功判斷,波形如圖5.3所示。

5.2 鼾聲A波形與判斷結果(藍線為Vsum;綠線=100代表判斷一次鼾聲,綠線=200代表判斷呼吸中止症一次,以下亦同)

5.3 鼾聲B波形與判斷結果

5.4 鼾聲C波形與判斷結果

5.5 鼾聲D波形與判斷結果

5.2為鼾聲A~D判斷失誤原因整理,失誤原因中最多者為兩次鼾聲間隔時間過長而導致無法判斷,其發生原因兩種,一為患者在兩次打鼾中夾帶一次較為平順的呼吸,由於較為音量較小鼾聲監測裝置無法察覺,因此當下一個鼾聲發生時,鼾聲判斷程式就會認為與前一次鼾聲間隔時間過長而不判定為鼾聲。另一種可能為呼吸為受到輕微的阻塞而中斷,阻塞時間超過正常鼾聲的間隔時間,但又不達10秒不滿足睡眠呼吸中止症的條件。上述問題的解方式為將n值降為1,亦即打鼾的情形不需重複發生,因此在第二章設計概念中對n值的設定在鼾聲量超過80次後就會降為1

5.2 鼾聲A~D判斷失誤原因整理

失誤原因

鼾聲A

鼾聲B

鼾聲C

鼾聲D

間隔時間過長

0

6

15

9

間隔過短

0

1

0

0

維持時間>2.4sec

0

0

0

3

維持時間<0.6sec

3

3

0

0

維持+間隔<2.8sec

0

4

0

0

維持+間隔>5.5sec

0

0

6

0

等待重複n

3

14

5

5

5.2     醫院睡眠檢查中心測試

第二階段至醫院的睡眠檢查中心,對經耳鼻喉科醫師判斷患有睡眠呼吸中止症之患者作整晚測試,以測試本裝置對睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵監測效果。本次測試的結果如表5.3,偵測打鼾1292次,成功率65.1%;偵測呼吸中止症188次,成功率75%,圖5.6為睡眠中心的監視器影像。

5.3 睡眠中心測試結果

實際打鼾次數

1985

實際睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數

236

偵測打鼾次數

1292

偵測睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數

188

成功率

65%

成功率

75%

Report Mode

睡眠時間

5Hr

 

 

打鼾嚴重程度

[Medium]

258.4/Hr

 

睡眠呼吸中止症可能性

[Yes]

37.6/Hr

 

5.6 睡眠中心監視器影像

測試結果中鼾聲偵測的成功率不如先前的原因,為這名患者的幾乎整夜都處於呼吸阻塞的狀態,呼吸、鼾聲均斷斷續續,因此很容易導致前文所提到間隔時間過長的情形;同時由於呼吸阻塞,導致鼾聲的音量極小,因此造成判斷上的困難,不過若是鼾聲音量過小不到60分貝,也不會列入在實際打鼾次數的計算上。

測試結果中睡眠呼吸中止症的部份有75%的成功率,高於鼾聲偵測的成功率,原因是該患者幾乎整夜的都呼吸阻塞,因此很易發生符合間隔超過10秒的睡眠呼吸中止症特徵,再加上睡眠檢查室中非常安靜,因此即使患者在呼吸中斷後沒有伴隨一次劇烈的打鼾,仍然可以能偵測得到。

試驗結束進入Report Mode模式得到患者的打鼾嚴重程度為[Medium]、睡眠呼吸中止症可能性為[Yes]

5.3     患者家中實際測試

本測試的對象是經耳鼻喉醫醫師診斷,認定需要進行夜間多項生理檢查的患者,測試方式為隨同睡眠檢查公司的技術人員至患者家中進行,同時錄下聲音做為驗證。以下為測試結果。

測試1:板橋金華街陳太太

5.4為睡眠檢查公司所提供的測試1患者睡眠檢查報告,當中對本研究較為重要的資訊為「阻塞型呼吸中止次數(Obstructive apnea)141次」、「總鼾聲次數(Total Snore)4313次」以及「每小時鼾聲次數(Snore Index)986.3次」,診斷結果為「Severe obstructive sleep apnea syndrome(嚴重呼吸中止症侯群)」。

不過實際聆聽所記錄的聲音檔案,卻只有2757次鼾聲,聆聽數值遠低於睡眠檢查,原因應是由於夜間多項生理檢查儀對於鼾聲的感應極為靈敏。然而在計算成功率的部份,實際次數仍將採用以聆聽聲音檔所得的數據,原因為若是要求鼾聲監測裝置辨識連人耳也無法辨識的鼾聲似乎不洽當。

測試結果如表5.5,偵測鼾聲次數為1833次,成功率為62%偵測睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數104次,成功率為45%;打鼾嚴重程度為[Serious];睡眠呼吸中止症可能性為[Yes]

5.4 測試1睡眠檢查報告

Patient Information:

Patient Name :    **

Patient ID :   A3029*

Date of Birth :    00/00/1966

Sex :        F

Weight :         62         Kg

Height :      150        cm

Respiratory Disturbance Index

RDI:            46.9 /h

In REM Stage:  74.9 /h

Sleep Stage :

Movement time:    0.0 %

REM:           28.5 %

Stage 1:           39.1 %

Stage 2:         30.5 %

Stage 3:          2.0 % 

Stage 4:         0.0 %

Time in bed:       303.0 min

Sleep period total:  287.6 min

Total sleep time:    262.0min

Awake time:      23.5 min

Efficiency :        88.1 %

Latency:         16.5 min 10

Arousal:                                                                 

Number:           212 counts

Arousal Index:      48.6 per hour

Events:

Obstructive apnea:   141 counts

(阻塞型呼吸中止)

Total duration:     40 min

Central apnea:      7 counts

Total duration:     1.7 min

Mixed apnea:       7counts

Total duration:     1.8 min

Hypopnea:       65 counts

Total duration:     14.1 min

Longest apnea:      48 sec

Longest hypopnea:  33 sec

Oxygen Saturation:

Mean SaO2:        90 %

Mean desaturation:  6 %

Minimum SaO2:     68 %

Total:            269 counts

Snore :

Total:        4313 counts (鼾聲次數)

Snore Index :      986.3 per hour

Cardiac Profile :

Mean heart rate :  59 BPM

Maximum:  89 BPM

Minimum:  43 BPM

Diagnosis :

Severe obstructive sleep apnea syndrome (嚴重呼吸中止症侯群)

Prescriptions:

Nasal CPAP is indicated (陽壓呼吸器)

 

 

5.5 測試1患者測試結果

實際打鼾次數

2675

實際睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數

113

偵測打鼾次數

1833

偵測睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數

74

成功率

68%

成功率

65%

Report Mode

睡眠時間

5Hr

 

 

打鼾嚴重程度

[Serious]

366.6/Hr

 

睡眠呼吸中止症可能性

[Yes]

20.8/Hr

 

測試2:北市重慶北路雲小姐

5.6為睡眠檢查公司所提供的測試2患者睡眠檢查報告,當中「阻塞型呼吸中止次數:6次」、「總鼾聲次數:3475次」以及「每小時鼾聲次數:837.5次」,診斷結果為「Snore(一般打鼾)」。實際聆聽的鼾聲次數為1877次。

測試結果如表5.7。偵測鼾聲次數為1485次,成功率為79.1%偵測睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數29次;打鼾嚴重程度為[Medium];睡眠呼吸中止症可能性為[Maybe]

這次的測試發生一個情形,就是不論是聆聽鼾聲記錄檔或是鼾聲監測裝置之判斷,符合睡眠呼吸中止症的鼾聲模式的次數,都多於睡眠檢查報告中的的6次,因此睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵的成功率無法計算。發生這情形的原因可能是受到環境異音的干擾或是符合睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵的鼾聲發生。由於睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數是本鼾聲監測裝置的重要指標,因此需要格外注意類似情形的發生。

5.6 測試2睡眠檢查報告

Patient Information:

Patient Name :    **

Patient ID :   3946742

Date of Birth :    00/00/1966

Sex :        F

Weight :         76         Kg

Height :      162        cm

Respiratory Disturbance Index

RDI:            3.1 /h

In REM Stage:  1.5 /h

Sleep Stage :

Movement time:    0.0 %

REM:           28.1 %

Stage 1:           36.5 %

Stage 2:         31.1 %

Stage 3:          4.3 % 

Stage 4:         0.0 %

Time in bed:       289.0 min

Sleep period total:  286.7min

Total sleep time:    249.0 min

Awake time:      21.7 min

Efficiency :        86.2 %

Latency:         16.2 min

Arousal:                                                                   

Number:           186 counts

Arousal Index:      44.7 per hour

Events:

Obstructive apnea:   6 counts

Total duration:     1.6 min

Central apnea:      0 counts

Total duration:     0.0 min

Mixed apnea:       0counts

Total duration:     0.0 min

Hypopnea:        16 counts

Total duration:     3.8 min

Longest apnea:      32 sec

Longest hypopnea:  22 sec

Oxygen Saturation:

Mean SaO2:        95 %

Mean desaturation:  3 %

Minimum SaO2:     81 %

Total:            64 counts

Snore :

Total:             3475 counts

Snore Index :      837.5 per hour

Cardiac Profile :

Mean heart rate :  75 BPM

Maximum:  97 BPM

Minimum:  58 BPM

Diagnosis :

Snore (一般打鼾)

Prescriptions:

Reduce body weight

 

 

 

5.7 測試2患者測試結果

實際打鼾次數

1877

實際睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數

18

偵測打鼾次數

1485

偵測睡眠呼吸中止症鼾聲模式特徵次數

28

成功率

79.1%

成功率

×

Report Mode

睡眠時間

5Hr

 

 

打鼾嚴重程度

[Medium]

297/Hr

 

睡眠呼吸中止症可能性

[Maybe]

5.6/Hr