In samenwerking met Máxima MC (MMC) en Philips heeft onderzoeker Ilde Lorato van de TU Eindhoven een nieuwe methode ontwikkeld om apneu bij kinderen te monitoren zonder onnodig schade aan te richten. De nieuwe aanpak omvat infraroodcamera’s, beeldverwerkingssoftware en zelfs een slimme fopspeen. Lorato verdedigde haar promotieonderzoek op vrijdag 19 november.
Apneu, een stoornis waarbij de ademhaling 10 seconden of langer wordt onderbroken, is een veel voorkomend probleem bij volwassenen als ze slapen. Het komt echter ook veel voor bij kinderen. Bijna alle te vroeg geboren (premature) baby’s jonger dan 30 weken of met een gewicht van minder dan één kilogram hebben er last van.
Ernstige problemen premature baby’s
Apneu bij premature baby’s kan ernstige problemen veroorzaken, vooral als het langer dan 20 seconden duurt. Het wordt onder meer in verband gebracht met een vertraagde neurologische ontwikkeling op latere leeftijd.
Het is daarom volgens Peter Andriessen, neonatoloog in MMC, van groot belang om deze zuigelingen op een betrouwbare manier te monitoren. Zo kan er direct ingegrepen worden als dat nodig is. Apneu bij premature baby’s kan worden behandeld door kortdurende tactiele stimulatie (‘even wakker schudden’) of door ze baby’s coffeïne te geven.
Elektroden detecteren apneu niet
Premature baby’s worden verpleegd in neonatale intensive care units (NICU’s), waar de ademhaling wordt gemonitord met dezelfde elektroden die de activiteit van het hart meten. “Deze oplossing is echter niet ideaal,” zegt Lorato, onderzoeker in de vakgroep Electronic Systems van de faculteit Electrical Engineering, “omdat elektroden apneu niet echt goed detecteren. Bovendien is de huid van premature baby’s erg gevoelig. Hij kan gemakkelijk geïrriteerd of zelfs beschadigd raken door het gebruik van plakelektroden. We hebben daarom gezocht naar alternatieven die minder ongemak veroorzaken voor deze kwetsbare zuigelingen, zoals camera’s.”
Het gebruik van camera’s in een klinische context is echter niet zonder problemen. In de nacht is er onvoldoende licht; baby’s hebben de neiging veel te bewegen wat leidt tot ongewenste ruis in de gegevens; camera’s kosten veel geld en kunnen privacy-inbreuk veroorzaken. “Het was daarom heel belangrijk om onze oplossing te testen in een ziekenhuis. Alleen dan kun je zien of het echt werkt in een complexe omgeving,” zegt de Lorato.
Inzet infraroodcamera’s
Middels samenwerking tussen de TU/e, Philips en Máxima MC binnen e/MTIC kon de Italiaanse onderzoeker praktijkexperimenten uitvoeren in de Neonatale Medium Care Unit van MMC. Daar gebruikte ze drie lage-resolutie infraroodcamera’s – die ook werken in volledige duisternis - om 15 baby’s te volgen die elk drie uur lang in een open bed werden verzorgd. Infraroodcamera’s laten zowel de ademhalingsbeweging als de doorstroming zien, zijn goedkoper vanwege hun lage resolutie en kunnen zo ook de privacy beter waarborgen.
De infraroodbeelden zijn vervolgens gebruikt om een aantal nieuwe beeldverwerkingsalgoritmen te ontwikkelen die potentieel apneu kunnen detecteren, vertelt Lorato. “Onze algoritmen zijn in staat om automatisch pixels te identificeren die gegevens over de ademhaling bevatten. Ze werken zelfs zonder dat je eerst de relevante delen van het lichaam of het gezicht hebt bepaald, wat bij kleine baby’s in een ziekenhuisomgeving en bij beelden met een lage resolutie een hele uitdaging is. Met wat aanpassingen zijn ze ook te gebruiken als de baby’s bewegen.”
Slimme fopspeen
Tijdens haar onderzoek in het ziekenhuis zag Lorato dat de fopspeen waar zuigelingen op zuigen, bewegingen veroorzaakt die lijken op ademhalen. Dit verstoorde haar testresultaten. Daarom kwam ze op het idee om een slimme fopspeen te gebruiken, die de zuigbewegingen registreert. Die kunnen zo gemakkelijk van de ademhaling worden onderscheiden.
De resultaten van de studie bevestigen dat met mogelijk is met goedkope infraroodcamera’s de ademhaling van premature baby’s te monitoren. Mogelijk kan dit het aantal te gebruiken elektroden beperken. Voor de fopspeen en het apneu-algoritme zijn inmiddels octrooiaanvragen ingediend. Wel is er volgens Lorato nog aan lange weg te gaan voordat infraroodcamera’s echt ingezet kunnen worden voor monitoring van apneu.
“De infraroodcamera’s kunnen niet door de couveusewand heen kijken, dus als je baby’s wil monitoren in een couveuse, moet je de camera’s in de couveuse plaatsen. Verder bevatten onze video’s geen beelden van echte apneus. We hebben deze moeten simuleren door het beschikbare videomateriaal te bewerken.”
Vervolgonderzoek apneu
Vervolgonderzoek zal plaatsvinden binnen het UMOSA project van Sander Stuijk, de hoofddocent die Lorato’s promotieproject begeleidde. Dit project omvat ook andere toepassingen van warmtebeeldmonitoring, zoals voor slaapapneu bij volwassenen. In Máxima MC zal een nieuwe promovendus in het PICASSO-project een vervolg geven aan de ontwikkeling van minder hinderlijke monitoringtechnieken voor te vroeg geboren baby’s.
Ilde Lorato heeft haar proefschrift Video Respiration Monitoring: Towards Remote Apnea Detection in the Clinic op 19 november aan de TU/e verdedigd. Zij werd begeleid door Gerard de Haan, Sander Stuijk and Carola van Pul.
