Thiết bị theo dõi giấc ngủ không đeo hoạt động thế nào?

Điểm quan trọng là thiết bị không đo trực tiếp “giấc ngủ”. Nó thu thập các tín hiệu như chuyển động, nhịp thở, hoạt động tim, tiếng ngáy và thời điểm nằm trên giường, rồi dùng thuật toán để suy luận trạng thái ngủ. Vì vậy, khả năng nhận biết ngủ–thức thường khác với khả năng phân biệt chính xác các giai đoạn REM, N1, N2 và N3.

Thiết bị không đeo thu tín hiệu giấc ngủ bằng cách nào?

Có hai nhóm nguyên lý phổ biến.

Radar đặt cạnh giường phát sóng vô tuyến công suất thấp về phía người nằm. Khi lồng ngực hoặc cơ thể chuyển động do hô hấp, cử động và đôi khi cả chuyển động rất nhỏ liên quan đến hoạt động tim, tín hiệu phản xạ thay đổi. Bộ xử lý tín hiệu phân tích những thay đổi đó để ước tính nhịp thở, chuyển động và một số chỉ dấu tim mạch.

Cảm biến đặt dưới nệm lại hoạt động theo cách khác. Một số hệ thống dùng cảm biến áp suất hoặc khí nén để nhận biết những biến thiên rất nhỏ truyền qua nệm khi người nằm thở, cử động hoặc tim đập. Hiện tượng này liên quan đến ballistocardiography (BCG), tức sự dịch chuyển rất nhỏ của cơ thể và giường do hoạt động tim. Một số thiết bị còn kết hợp microphone để phát hiện ngáy và các âm thanh ban đêm.

Do đó, “không đeo” không đồng nghĩa với “chỉ dùng radar”. Radar là một phương pháp không tiếp xúc; cảm biến dưới nệm là một phương pháp không cần người dùng mang thiết bị trên cơ thể.

Radar theo dõi nhịp thở và chuyển động như thế nào?

Radar dựa trên sự thay đổi của tín hiệu phản xạ khi khoảng cách và trạng thái chuyển động của cơ thể thay đổi.

Khi một người thở, thành ngực di chuyển theo chu kỳ. Biên độ chuyển động này nhỏ hơn nhiều so với lúc trở mình, nhưng vẫn có thể tạo ra biến thiên trong tín hiệu radar. Hệ thống xử lý chuỗi tín hiệu theo thời gian để tách thành phần có tính chu kỳ liên quan đến hô hấp khỏi những chuyển động lớn hơn.

Với hoạt động tim, bài toán khó hơn. Chuyển động do tim tạo ra rất nhỏ và dễ bị che lấp bởi hô hấp, cử động cơ thể hoặc người nằm thay đổi tư thế. Vì vậy, radar có thể được dùng để ước tính nhịp tim và các chỉ dấu liên quan trong điều kiện phù hợp, nhưng độ tin cậy phụ thuộc mạnh vào thiết kế cảm biến, khoảng cách, vị trí người nằm và thuật toán xử lý.

Các nghiên cứu tổng quan về radar không tiếp xúc cho thấy nhịp thở và nhịp tim là những tín hiệu có cơ sở nghiên cứu tương đối rõ, nhưng kết quả giữa các hệ thống vẫn khác nhau do nhiễu và điều kiện đo.

Cảm biến môi trường đóng vai trò gì trong việc theo dõi giấc ngủ?

Cảm biến môi trường thường không tự xác định một người đang ở REM hay ngủ sâu. Chúng cung cấp bối cảnh để hệ thống diễn giải những gì xảy ra trong đêm.

Ví dụ, thiết bị có thể ghi nhận:

·         Ánh sáng trong phòng

·         Nhiệt độ môi trường

·         Âm thanh như ngáy hoặc ho

·         Chuyển động trong vùng ngủ

·         Thời điểm người dùng đi ngủ và thức dậy

Một hệ thống như Google Nest Hub thế hệ 2 sử dụng radar công suất thấp để theo dõi chuyển động và hô hấp, đồng thời dùng các cảm biến khác để ghi nhận âm thanh, ánh sáng và nhiệt độ. Microphone có thể hỗ trợ phát hiện các sự kiện âm thanh như ho hoặc ngáy nếu tính năng này được bật.

Ở thiết bị đặt dưới nệm, microphone có thể bổ sung thông tin về ngáy, trong khi cảm biến áp suất hoặc khí nén cung cấp dữ liệu về chuyển động, hô hấp và hoạt động tim. Cách kết hợp nhiều nguồn tín hiệu giúp hệ thống không phải dựa vào một dấu hiệu duy nhất.

Từ tín hiệu thô, thiết bị suy ra các giai đoạn ngủ ra sao?

Quy trình thường có thể hình dung theo chuỗi:

Tín hiệu cảm biến → Làm sạch tín hiệu → Trích xuất đặc trưng → Phân loại trạng thái ngủ → Tạo báo cáo

Đầu tiên, hệ thống phải loại bỏ hoặc giảm ảnh hưởng của nhiễu. Một người trở mình có thể tạo ra tín hiệu lớn hơn rất nhiều so với nhịp thở, vì vậy thuật toán cần phân biệt chuyển động toàn thân với các dao động nhỏ có tính chu kỳ.

Sau đó, hệ thống trích xuất các đặc trưng như:

·         Nhịp và biến thiên của hô hấp

·         Nhịp tim hoặc đặc trưng liên quan

·         Mức độ và thời điểm chuyển động

·         Các khoảng thức giấc

·         Âm thanh ngáy hoặc ho

·         Thời gian nằm trên giường

Những đặc trưng này được đưa vào thuật toán để ước tính trạng thái ngủ. Một số hệ thống có thể phân loại thành ngủ–thức; hệ thống phức tạp hơn cố gắng ước tính các giai đoạn ngủ.

Điểm cần hiểu rõ là REM, ngủ nông và ngủ sâu không được radar “nhìn thấy” trực tiếp. Đây là các trạng thái được suy luận từ những thay đổi về vận động, hô hấp, tim mạch và các tín hiệu liên quan. Trong khi đó, polysomnography (PSG) sử dụng nhiều tín hiệu sinh lý, đặc biệt là EEG, để đánh giá kiến trúc giấc ngủ trực tiếp hơn. Các tổng quan gần đây cho thấy việc phân loại giai đoạn ngủ từ tín hiệu tim mạch, hô hấp hoặc chuyển động vẫn khó hơn so với phương pháp PSG.

Thiết bị theo dõi giấc ngủ không đeo chính xác đến đâu và bị giới hạn bởi điều gì?

Ưu điểm lớn nhất của thiết bị không đeo là giảm gánh nặng sử dụng. Người dùng không phải đeo đồng hồ, dán điện cực hay nhớ sạc thiết bị trên cơ thể mỗi tối. Điều này đặc biệt hữu ích khi cần theo dõi dài ngày tại nhà.

Nhưng tính tiện dụng không đồng nghĩa với độ chính xác tuyệt đối.

Độ chính xác có thể bị ảnh hưởng bởi:

·         Người dùng thay đổi vị trí ngủ

·         Hai người cùng nằm trên một giường

·         Thú cưng hoặc người khác xuất hiện trong vùng cảm biến

·         Nệm, khung giường và cách lắp đặt

·         Khoảng cách và góc đặt radar

·         Chuyển động mạnh hoặc ngủ không yên

·         Nhiễu âm thanh và môi trường

·         Khác biệt giữa từng người dùng

Đặc biệt, việc ước tính thời gian ngủ và thức thường dễ hơn việc xác định chính xác từng giai đoạn ngủ. Các nghiên cứu đánh giá thiết bị theo dõi giấc ngủ tiêu dùng cũng cho thấy những chỉ số cơ bản như thời gian ngủ có thể hữu ích trong theo dõi xu hướng, trong khi phân loại REM, ngủ sâu hoặc những giai đoạn ngắn thức giấc vẫn có độ bất định cao hơn.

Vì vậy, kết quả từ thiết bị không đeo phù hợp nhất để theo dõi xu hướng và nhận biết thay đổi, thay vì mặc định xem mọi chỉ số giai đoạn ngủ là phép đo tương đương với PSG.

Khi sử dụng thiết bị không đeo, cần chú ý điều gì?

Với thiết bị radar, vị trí đặt rất quan trọng vì vùng cảm biến phải bao phủ khu vực người ngủ. Hệ thống cũng cần được hiệu chỉnh để phân biệt người dùng với các chuyển động khác trong phòng.

Với thiết bị dưới nệm, vị trí thường được thiết kế ở khu vực ngang ngực hoặc tim. Ví dụ, Withings Sleep Analyzer yêu cầu cảm biến nằm giữa nệm và bệ giường/khung đỡ, theo phương ngang ở mức ngực. Loại nệm và cấu trúc giường cũng có thể ảnh hưởng đến tín hiệu truyền tới cảm biến.

Nếu hai người cùng ngủ trên một giường, một cảm biến đơn có thể không đủ để theo dõi riêng từng người. Một số hệ thống yêu cầu cảm biến riêng cho từng bên giường.

Quan trọng hơn, người dùng nên xem dữ liệu như một hệ thống theo dõi sức khỏe tại nhà, không phải mặc nhiên là công cụ chẩn đoán. Khi có dấu hiệu bất thường kéo dài hoặc nghi ngờ rối loạn giấc ngủ, dữ liệu từ thiết bị có thể là thông tin tham khảo để trao đổi với chuyên gia, nhưng không thay thế đánh giá y khoa cần thiết.

Thiết bị theo dõi giấc ngủ không đeo hoạt động bằng cách thu nhận chuyển động, hô hấp, hoạt động tim, âm thanh và dữ liệu môi trường, sau đó kết hợp các tín hiệu này bằng xử lý tín hiệu và thuật toán để suy ra trạng thái ngủ. Radar có lợi thế ở khả năng đo từ xa mà không cần tiếp xúc; cảm biến dưới nệm tận dụng các dao động cơ học truyền qua nệm; còn microphone và cảm biến môi trường bổ sung bối cảnh cho quá trình phân tích.

Giá trị lớn nhất của cách tiếp cận này nằm ở việc theo dõi thuận tiện trong thời gian dài. Tuy nhiên, càng đi từ những chỉ số cơ bản như có ngủ hay không sang các kết luận chi tiết như từng giai đoạn REM hoặc ngủ sâu, mức độ bất định càng cần được xem xét cẩn thận.