人工智慧結合超音波 15分鐘「快篩」 揪出阻塞性睡眠呼吸中止症

 

 

根據統計，45歲以上的成人有三分之一都有睡眠困擾，其中以失眠與睡眠呼吸障礙最為常見，而睡眠呼吸中止症是睡眠呼吸障礙中的其中一種，最常見的是「阻塞性睡眠呼吸中止症」（obstructive sleep apnea, OSA）。

 

在美國，每5人就有1人罹患睡眠呼吸中止症、每15人就有1人是嚴重的睡眠呼吸中止症。

 

 

阻塞性睡眠呼吸中止的病人，在睡夢中會因呼吸道塌陷而導致反覆停止呼吸，空氣無法進入肺部，進而血氧下降、二氧化碳濃度上升。這時身體有兩種機制，一是因為腦部察覺血氧偏低，會不斷喚醒身體，以致睡睡醒醒，睡醒時血壓會偏高，時常覺得自己睡不好；二是長期睡眠缺氧，中樞覺醒的機制疲乏，導致睡眠時血氧濃度可能只有50～60%，因為氧氣不足，睡醒時常感到頭痛，長期血氧不足會引發身體發炎反應、出現慢性疾病、心血管疾病、糖尿病等代謝症候群、憂鬱症、失智症，甚至很有可能因此窒息、猝死。

 

這群患者的死亡率是正常人的2.6倍，發生交通事故的機率也比正常人多2.5倍。美國睡眠醫學會2015年曾統計顯示，未診斷出睡眠呼吸中止症所造成的經濟損失與生產力的衝擊高達1500億美金。

 

臺大醫院急診也曾統計發現，許多中風、心肌梗塞的病人都患有阻塞性睡眠呼吸中止症，因為沒有及早發現、介入治療而導致心血管疾病急性發作，可見阻塞性睡眠呼吸中止症潛藏的健康危機。

 

目前有愈來愈多證據顯示，有7成的睡眠呼吸中止症與上呼吸道結構異常所致，包括鼻中膈彎曲、過敏性鼻炎，讓鼻子容易塞住；扁桃腺或腺樣體肥大，會影響口咽部呼吸道的暢通，也是多數孩童睡眠呼吸中止症的成因；大舌頭在睡眠時，也容易造成呼吸道阻塞；顱顏結構異常如戽斗、下巴內縮，因為睡覺時不易閉唇也會影響呼吸道；因為肥胖導致頸圍過粗，脂肪組織堆積在咽喉、舌頭等軟組織上，在睡眠時也會影響呼吸，而神經肌肉鬆弛，肌肉張力不足，也會讓呼吸道塌陷。

 

然而，即使阻塞性睡眠呼吸中止症對於健康的風險相當高，但卻有75%嚴重的阻塞性睡眠呼吸中止症未能被診斷出來，主要原因在於自我覺察不易，多半需要枕邊人反映才有機會發現，或者即使知道自己會打呼卻不以為意。

 

 

目前臨床上要正確診斷出睡眠呼吸中止症，需安排病人到睡眠中心睡一晚，全程錄影，透過「多重生理功能睡眠檢查」（polysomnography, PSG）來監測睡眠腦波、眼動圖、肌電圖、口鼻呼吸流量監測、胸腹呼吸動作、血氧飽和指數、心電圖、打鼾次數、睡眠呼吸中止指數、肢體活動、睡覺姿勢等，以獲得睡眠呼吸中止指數（apnea-hypopnea index, AHI）。

 

睡眠呼吸中止指數是根據平均每小時睡眠時間內呼吸中止與淺呼吸的次數，藉以判斷睡眠呼吸中止的嚴重程度。以一般成人而言數值意義如下：

 

正常：AHI小於5

輕度：AHI介於5～15之間

中度：AHI介於15～30之間

重度：AHI大於30

 

然而，即使國內已有60家醫院設置了睡眠中心，仍一床難求，需要排隊數月甚至半年、一年；檢查時也有許多不方便的地方，例如睡覺時要穿戴許多監控生理功能的貼片與線路，可能因為翻身而脫落；到陌生的環境難以入睡等，這都是現行睡眠檢查的缺點。

 

為了增進民眾檢查意願並減輕到醫院睡一晚的壓力，近年愈來愈多創新的睡眠檢查方法被開發出來。由臺大醫院附設癌醫中心分院副院長、臺大醫學院內科王鶴健教授與台灣大學工學院陳正剛教授研發出雛形，之後技轉給安克生醫進一步研發的「人工智慧超音波睡眠檢測儀」，可於10～15分鐘內完成睡眠呼吸中止症的篩檢，揪出阻塞性睡眠呼吸中止症的高危險群。

 

這台機器的角色就像是COVID-19的快篩試劑，當篩出陽性後再進行PCR確定診斷，而人工智慧超音波睡眠檢測儀可在短時間內篩出個案是否為高危險群，再進一步轉介到睡眠中心進行PSG的檢查。初步研究顯示，人工智慧超音波睡眠檢測儀的結果，與睡眠呼吸中止指數屬於中度與重度的相關性達到9成以上，很適合健檢中心對受檢者進行睡眠評估，進而揪出高風險族群，早期發現、早期治療。

 

這台人工智慧超音波睡眠檢測儀組成分成兩部分，一部分是安裝超音波探頭的機器手臂，由操作人員進行雷射定位後，可自動執行掃描呼吸道結構，減少人為技術上的誤差；另一部分則是以AI軟體分析掃描後的影像，評估呼吸道阻塞的情形。這個軟體是透過臺大醫院過去所累積千張以上的超音波影像讓AI深入學習辨識，同時輸入病人的年齡、性別、頸圍、身高、體重等參數，來判定中重度阻塞性睡眠呼吸中止症的風險高低。

 

病人躺在檢查床上，定位好後，儀器開始掃描病人正常呼吸與捏鼻呼吸（穆勒呼吸）時的呼吸道結構，約10～15分鐘就可獲得結果，若屬於高風險，就建議轉介到睡眠中心做進一步的睡眠檢查並治療。

 

 

此一人工智慧超音波睡眠檢測儀已獲得美國FDA、歐盟CE、台灣FDA核准，更在臺大醫院健康管理中心、美國史丹佛大學睡眠醫學中心進行臨床試驗。史丹佛大學的研究發現，標準化超音波結果與阻塞型呼吸中止症的嚴重性高度相關，研究發表在《美國醫學會耳鼻喉科頭頸手術雜誌》（JAMA Otolaryngology–Head & Neck Surgery）。

 

臺大的臨床研究目前已收案超過1100人，透過人工智慧超音波睡眠檢測儀器發現約28%個案有中重度睡眠呼吸中止症的高度風險，其中108人轉介至睡眠中心進一步以PSG確認，發現103人為阻塞性睡眠呼吸中止症，儀器的準確率達95%。

 

目前臺大醫院也針對阻塞性睡眠呼吸中止症的風險評估與民眾健檢相關數據進行交叉分析，希望能夠找到更多疾病與阻塞性睡眠呼吸中止症的關聯數據。未來期待透過此一儀器，進一步對病人的上呼吸道進行3D立體重建分析，甚至在睡眠醫學上，建立台灣針對阻塞性睡眠呼吸中止症從篩檢到精準評估診斷與治療的流程。

 

一旦診斷為阻塞性睡眠呼吸中止症，在治療方面，成人仍以配戴陽壓呼吸器為第一線治療，藉由呼吸器送出正壓空氣，防止呼吸道在睡眠時塌陷；也有止鼾牙套可以選擇，將下顎與舌頭往前拉，以擴充呼吸道。此外，也建議病患同時減重，許多病人只要減重就能減輕阻塞性睡眠呼吸中止症的嚴重程度。若上呼吸道有明顯結構異常的族群，則建議透過手術方式改善。