一种用于评估睡眠与日间嗜睡的新型可穿戴入耳式脑电图技术

《Bioelectronic Medicine》：A novel, wearable, in-ear EEG technology to assess sleep and daytime sleepiness

　　

入耳式脑电图（in-ear electroencephalography, in-ear EEG）作为一种替代传统实验室睡眠研究的新型技术，因其更高的舒适性和实用性而受到关注。本研究提出了一种新型入耳式脑电图系统，并将其与传统多导睡眠监测（polysomnography, PSG）同步采集的头皮脑电图（scalp EEG）记录进行比较。研究共纳入16名健康对照者，采用单次夜间加日间研究设计；以及8名中枢性嗜睡症（central disorders of hypersomnolence, CDH）患者，采用随机交叉日间研究设计（服药期与停药期）。在夜间睡眠记录中，入耳式脑电图与头皮脑电图的睡眠分期一致性显著（Cohen’s κ = 0.77）。在日间维持觉醒测试（Maintenance of Wakefulness Test, MWT）中，一致性为中等（κ = 0.50），反映了该范式中以清醒时段为主的特点。针对主要终点——入睡潜伏期（sleep onset latency, SOL），在受试者水平（n = 24），按标准临床实践对各次试验取平均值，两种设备的一致性良好（ICC = 0.71，r = 0.75，MAD = 5.1 min）。在两种设备均检测到睡眠的37次试验（约占全部126次试验的30%）中，一致性较强（ICC = 0.82，MAD = 1.9 min），且在健康对照者中一致性极佳（ICC = 0.95，MAD = 1.2 min）。所有126次试验的总体一致性为中等（ICC = 0.55），反映了22次不一致试验——头皮脑电图检测到睡眠，而入耳式脑电图未检测到，主要为短暂且微妙的N1期过渡，集中在部分CDH患者中。在夜间睡眠结构分析中（n = 16名健康对照者），总睡眠时间（total sleep time, TST）（r = 0.94，ICC = 0.85）、睡眠效率（sleep efficiency, SE）（r = 0.94）及入睡后觉醒时间（wake after sleep onset, WASO）（r = 0.93）均表现出强一致性，仅有与N1检测敏感性降低相关的小系统性偏差。这些结果支持入耳式脑电图在实验室环境中用于睡眠分期及日间嗜睡评估的可行性，并为更大规模的验证研究（包括居家长期监测）提供依据，尤其在睡眠结构改变的人群中确立其临床应用价值。

本研究发表于《Bioelectronic Medicine》，聚焦于开发并验证一种新型可穿戴入耳式脑电图系统，用于睡眠监测与日间嗜睡评估。当前，睡眠测量的临床金标准为多导睡眠监测（PSG），需在专业实验室完成，包含头皮脑电（EEG）、眼动（EOG）、肌电（EMG）、心电（ECG）及呼吸监测等多个生理信号通道，虽然数据质量高，但资源消耗大、环境受限，且可能因“首夜效应”干扰自然睡眠结构。此外，单次夜间评估易受夜间间差异影响，导致诊断分类误差。因此，亟需一种舒适、实用且可在实验室外使用的脑电监测技术。入耳式脑电图是一种将电极置于耳道内的可穿戴脑电采集方式，有望克服传统PSG的部分局限。本研究首次在健康人群与中枢性嗜睡症（CDH）人群中验证其在夜间睡眠分期与日间维持觉醒测试（MWT）中的应用表现，并探索其在药物疗效评估中的潜力。

研究人员采用了两个独立队列：健康对照组16人，接受一次夜间睡眠限制PSG并同步采集入耳式脑电图，随后完成四次日间MWT；CDH组8人，采用随机交叉设计，分别在服药期与停药期完成两次MWT，每次均同步采集入耳式与头皮脑电图。硬件采用定制化三维打印耳道电极，配备干接触电极，通过光同步（Optosync）实现与PSG的时间对齐。数据采集后由三名注册睡眠技术专家依据美国睡眠医学会（AASM）标准独立手动分期，并通过多数投票法生成共识分期。统计分析包括Cohen’s κ、组内相关系数（ICC）、Pearson相关及Bland–Altman分析。

在结果部分，夜间睡眠分期一致性为κ = 0.77，显示入耳式与头皮脑电图的分期结果高度吻合。各睡眠阶段中，清醒期一致性最高（90%），其次为N2期（84%）、REM期（71%）与N3期（64%），N1期一致性最低（54%），这与N1期特征微弱及入耳式信号幅度较低有关。在MWT试验中，总体入睡潜伏期一致性为中等（ICC = 0.55），但在两者均检测到睡眠的试验中，一致性显著提升（ICC = 0.82），健康对照组可达ICC = 0.95。CDH组总体一致性低于健康组（ICC = 0.43），主要由于15次试验中头皮脑电图检测到睡眠而入耳式未检测到，这些多为短暂N1期过渡。在受试者水平的平均入睡潜伏期分析中，一致性良好（ICC = 0.71），表明该系统可反映个体间的日间嗜睡差异。CDH组的服药与停药交叉比较显示，入耳式脑电图可检测到药物干预引起的入睡潜伏期变化，平均延长约8.83分钟，其中两例I型发作性睡病患者的改善幅度较小，与已知药效特征一致。夜间睡眠结构指标如总睡眠时间、睡眠效率与入睡后觉醒时间均显示强相关性（r > 0.93），但存在少量系统性偏差，主要与N1检测敏感性不足有关。

讨论部分指出，本研究的入耳式脑电图系统在实验室环境下可实现接近头皮脑电图的睡眠分期与入睡潜伏期测量，尤其在健康人群中表现优异。与既往入耳式脑电图研究相比，本研究首次纳入临床嗜睡症队列，并采用MWT范式，拓展了应用场景。N1期检测敏感性不足是当前主要局限，可能源于耳道电极的信号幅度较低及缺乏EOG/EMG辅助判断。在CDH人群中，入耳式脑电图的检测率下降，提示在临床应用中需进一步优化信号质量与分期算法。尽管如此，该系统的舒适度与可穿戴性使其在长期居家监测中具有潜在优势，可弥补传统PSG难以多次重复、居家应用受限的不足。研究结论认为，入耳式脑电图在实验室条件下能够可靠地评估睡眠结构与日间嗜睡，并具备在药物治疗监测与纵向研究中应用的潜力，但仍需更大规模居家验证以确立其临床实用性。