Nox Medical hefur getið sér gott orð fyrir nýsköpun og framsækni á sviði lækningatækja til svefngreininga. Fyrirtækið er í fararbroddi þróunar og sölu svefnmælitækja og sjálfvirkrar greiningar á lífmerkjum. Rannsóknarteymi Nox Medical vinnur náið með læknum og vísindafólki að því að beita gervigreind. Teymið þróar nýjar greiningaraðferðir sem varpa nýju ljósi á svefnlæknisfræði og geta stuðlað að betri meðferðarúrræðum fyrir sjúklinga.

Svefn, svefnraskanir og svefnmælingar

Góður svefn er ein af þremur undirstöðum heilbrigðs lífs, ásamt hreyfingu og mataræði. Ýmsir sjúkdómar hafa áhrif á svefn og til eru sjúkdómar sem koma fram í svefni og kallast svefnraskanir. Um það bil 80 svefnraskanir hafa verið skilgreindar en af þeim eru sjúkdómar á borð við kæfisvefn, fótaóeirð og svefnleysi algengastir. Svefnraskanir eru greindar með tækjum sem mæla lífmerki sjúklinga í svefni. Þessar svefnmælingar eru annaðhvort framkvæmdar á sjúkrahúsi eða heima hjá sjúklingnum. Fyrirtæki á Íslandi hafa lengi verið í fararbroddi á heimsvísu í þróun svefnmælitækja og einnig hefur skapast mikil reynsla á sviði svefnrannsókna á Landspítala Háskólasjúkrahúsi, Háskóla Íslands og Háskólanum í Reykjavík.

Árið 1996 var fyrirtækið Flaga ehf. stofnað á Íslandi. Flaga var fyrsta fyrirtæki í heiminum til að markaðssetja stafræn tæki til svefnmælinga. Fyrirtækið náði miklum árangri og kynnti til sögunnar margar nýjungar á sviði svefnlæknisfræða. Fyrirtækið var selt til erlendra aðila og flutt úr landi árið 2006 og í kjölfarið stofnuðu nokkrir fyrrum starfsmenn Flögu fyrirtækið Nox Medical og héldu áfram að þróa svefnmælitæki.

Mynd 1. Svefnmælitæki Nox Medical eru notuð í einfaldar mælingar á öndun og súrefnismettun í svefni og ítarlegri svefnmælingar þar sem fleiri lífmerki eru mæld.

Lífmerkin sem mæld eru í svefni eru meðal annarra öndun, súrefnismettun í blóði, heilarit, vöðvarit, hjartarit og fótahreyfingar. Hver svefnmæling er um átta klukkustundir að lengd og inniheldur um eitt gígabæti af gögnum. Að mælingu lokinni eru gögnin flutt í tölvu þar sem þau eru rýnd af sérfræðingi. Sérfræðingurinn merkir inn atburði eins og öndunarhlé, fall í súrefnismettun, örvökur og svefnstig; eftir skilgreindum greiningarreglum og getur sú vinna tekið allt að 4 klukkustundir. Þó greiningin sé tímafrek þá hefur hún oft ekki næga næmni og takmarkaða getu til að greina orsakir algengra svefnraskana.

Mynd 2. Í svefnmælingu eru merki eins og hreyfirit, augnrit, heilarit, öndun, súrefnismettun, hjartarit mæld. Merkin eru svo greind af sérfræðingi sem merkir inn svefnstig, örvökur, öndunarhlé, fall í súrefnismettun og fleiri atburði.

Sjálfvirknivæðing greininga

Mikil vinna hefur farið í að búa til sjálfvirkar aðferðir við að greina svefnstig og aðra atburði í svefni. Í fyrstu var reynt að forrita greiningaraðferðir eftir niðurskrifuðum reglum lækna. Sú aðferðafræði reyndist illa þar sem reglur um greiningar eru óskýrar og sérfræðingar þurfa mikla þjálfun til þess að öðlast innsæi í þýðingu merkjanna. Með tilkomu öflugra gervigreindaraðferða hafa orðið til nýjar leiðir til að sjálfvirknivæða greiningar. Þessar aðferðir byggja á því að safna ógrynni gagna, sem þegar hafa verið greind af sérfræðingum, og þjálfa tölvu-algrím til að læra af sérfræðingunum.

Árið 2015 var sett á fót sérstakt rannsóknarteymi innan Nox Medical, Nox Research, en það er fjármagnað að hluta til af samkeppnissjóðum á Íslandi og í Evrópu. Vísindafólk Nox Research hafa þverfaglegan bakgrunn úr svefnlæknisfræði, tölvunarfræði, verkfræði og eðlisfræði og þekkingu á lífeðlisfræði. Nox Research starfar með vísindamönnum frá háskólum á borð við Johns Hopkins, Harvard, Yale og Stanford í Bandaríkjunum við að þróa nýjar, sjálfvirkar aðferðir til að greina svefnmælingar og stunda svefnrannsóknir. Þessar aðferðir flýta fyrir og draga fram nýjar upplýsingar úr lífmerkjunum sem nota má til að gera uppgötvanir í svefnvísindum og bæta þannig meðferðarúrræði sjúklinga.

Svefnstigagreining er mikilvæg til að geta greint svefnsjúkdóma, en til þess þarf heilaritsmælingu og framkvæmd hennar er bæði flókin og tímafrek. Fyrsta gervigreindar-algrímið sem Nox Research þróaði hafði það að markmiði að greina svefnstig með heilariti. Svefnstig eru lotubundin mynstur af heilavirkni sem greind eru í fjóra flokka: léttur svefn, dýpri svefn, djúpsvefn og draumsvefn. Hvert svefnstig hefur ákveðin tilgang, virkni og einkennandi eiginleika sem sjást í heilariti. Til að sjálfvirknivæða flokkun svefnstiga voru notuð djúp tauganet, sem geta lært að greina flókin munstur og hafa reynst vel í myndgreiningu. Aðferðin hefur verið hluti af hugbúnaði Nox Medical síðan 2016. Tauganetið var þjálfað á hundruðum svefnmælinga og eftir þjálfun var frammistaða þess á pari við sérfræðinga. Áframhaldandi þróun Nox Research á beitingu gervigreindar á svefnmælingar hefur gefið af sér aðferð sem greinir svefnstig með öðrum lífmerkjum en heilariti. Þannig er hægt að einfalda mælingu og greiningu á svefnriti án þess að missa mikilvægar upplýsingar um svefninn.

Örvaka er atburður í svefngögnum sem erfitt er að greina. Örvökur eru stuttir atburðir í svefni þar sem einstaklingur vaknar í nokkrar sekúndur og sofnar svo aftur án þess að verða þess var. Einstaklingur sem verður fyrir endurteknum örvökum nær ekki djúpum svefni og vaknar yfirleitt mjög þreyttur. Sú truflun sem örvökur hafa á svefn getur orsakað ýmis heilsufarsleg vandamál, svo sem háan blóðþrýsting, og hjartasjúkdóma. Árið 2018 þróaði Nox Research nýja gervigreindaraðferð til að greina örvökur í heilariti sem nýtti endurtæk tauganet. Til marks um árangur Nox Research á þessu sviði, þá var viðfangsefni árlegrar gervigreindarkeppni 2018 á vefsvæðinu PhysioNet að greina örvökur í svefngögnum. Þar kepptu lið frá háskólum, fyrirtækjum og einstaklingum um að leysa þetta erfiða og óleysta verkefni í læknisfræði. Lausn Nox Research í keppninni náði öðru sæti og skákaði þar stórum fyrirtækjum á borð við Philips og Google-Verily Life Sciences. Til gamans má geta að greining á örvökum er sambærilegt verkefni og snjalltæki leysa þegar þau hlusta eftir orðum eins og “Hey Siri” eða “Ok Google”.

Nýjar upplýsingar úr lífmerkjum

Ásamt því að sjálfvirknivæða greiningar þá þróar Nox Research nýjar aðferðir við að greina lífmerki úr svefnmælingum. Markmiðið er að gefa læknum betri greiningartól og sjúklingum þannig betri meðferðarúrræði. Eitt slíkt verkefni er unnið í nánu samstarfi við prófessora við Harvard háskóla. Þar eru verkfræðileg kerfislíkön notuð til að fanga lífeðlisfræði öndunar. Til þess að ná árangri í slíku verkefni þurfa að koma saman sérfræðingar í verkfræði, lífeðlisfræði og læknisfræði. Í verkefninu er verið að þróa aðferð sem spáir fyrir um þrýsting inni í brjóstholi og vöðvakraft þindar, út frá mælingum á öndunarhreyfingum og loftflæði. Til að mæla þrýstinginn og vöðvakraftinn beint þurfa lækna að notast við nema sem þræddur er í gegnum nef og ofan í vélinda eða nálar sem stungið er í þind sjúklings. Með aðferð okkar má vinna þessar upplýsingar úr einföldum mælingum á lífmerkjum, sem gagnast til að greina sjúkdóma á nýjan hátt.

Gildi rannsókna í fyrirtækjum

Rannsóknarstarf er einn af lykilþáttunum í starfi Nox Medical. Samvinna verkfræðinga, lækna og vísindamanna tryggir að framfarir í vísindum komist í almenna notkun í lækningatækjum og getur umbylt þekkingu í læknisfræði. Aukin sjálfvirkni í greiningu gefur læknum og heilbrigðisstarfsfólki meiri tíma til þess að sinna sjúklingum, í stað þess að stara á lífmerki og merkja inn atburði. Þannig getur þjónusta við sjúklinga orðið persónulegri og betri á meðan kostnaður við þjónustuna hækkar ekki.

Höfundar: Jón Skírnir Ágústsson, rannsóknarstjóri, Halla Helgadóttir, rannsóknarstjóri og Eysteinn Finnsson, rannsóknarverkfræðingur.