גישה מותאמת אישית לניטור רמות חומרת אסתמה מאותות EEG בשימוש באלגוריתמים מסווגים חדשניים

אסתמה היא הפרעה נשימתית מורכבת בה שינויים מבניים בדרכי הנשימה גורמים להגבלת זרימת האוויר. על מנת לעקוב אחר התקדמות המחלה ולתמוך בטיפול מתאים, יש צורך לאסוף נתונים באופן אמין ורציף. חולי אסתמה נבדקים כיום רק מספר פעמים בשנה, הדבר מונע מעקב רציף ומתן טיפול רפואי מותאם אישי ומדויק. כלי ניטור לא פולשני מרחוק יאפשר איסוף נתונים רציף מטופלים. כיום, אסתמה מאובחנת ומנוטרת על ידי בדיקה אקטיבית הדורשת מאמץ ושיתוף פעולה של המטופל. לכן, יש צורך בשיטות חדשניות שאינן תלויות במאמץ ושיתוף הפעולה של המטופל הן לזיהוי והן למעקב אחר התקדמות המחלה. חסימה נשימתית מהווה שינוי בשליטה העצבית ולכן, לאותות חשמליים מהמוח (EEG) יש את הפוטנציאל לשמש ככלי לא פולשני ולספק באופן פסיבי ורציף הערכה של חסימת זרימת אוויר אצל חולי אסתמה.

במחקר זה אותות EEG ואותות תנועת הנשימה (באמצעות חגורת בטן) נמדדו באופן רציף ולא פולשני במהלך בדיקת תגר מתכולין, המשמש להערכת תגובתיות יתר של הסמפונות בחשיפת ריכוזים שונים של מטכולין. נתוני המטופלים סווגו לשלוש רמות של חומרת אסתמה בהתבסס על הירידה באחוז נפח האוויר היוצא בשנייה הראשונה של נשיפה מאומצת (FEV1). כל אות EEG הכולל את כל מחזורי הנשימה שנמדדו לאחר כל שאיפת ריכוז מטכולין חולק לפי מחזורי נשימה מלאים. מקטעי ה EEG - הומרו לאחר מכן למישור התדר על ידי חישוב התמרת פורייה בחלונות זמן קצרים (STFT). אותות אלו שימשו כקלט לאלגוריתמי סיווג ולאלגוריתמים המתחשבים ביחסי הדירוג (כלומר, רמת החומרה של מחלת האסתמה).

סיווג חומרת האסטמה של המטופלים הוערך עבור כל נבדק בהתבסס על מערך הנתונים שלו, על בסיס מערך הנתונים של כל החולים ועל סמך נתונים שנבנו מרצף אבחנות של מטופלים אחרים. שיעור הדיוק (AUC) נע בין 0.69-0.97 במקרה הראשון, הגיע לציון של 0.82 ו- 0.69 עבור המקרים השני והשלישי, בהתאמה. תוצאות מבטיחות אלה מצביעות על כך שניתן ליישם את השיטה לניטור מותאם אישית של מטופלים על מנת לעקוב אחר שינויים בחומרת המחלה.