(1)

การประเมนระดบความรนแรงของผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบ

ดวยวธการวเคราะหจากสญญาณเสยงกรน

Obstructive Sleep Apnea Severity Classification

Using Analysis of Snoring Sound

ธนวรรณ พรายดสถ

Thanawan Praydas

วทยานพนธเลมนเปนสวนหนงของการศกษาตามหลกสตรปรญญา

วศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา

มหาวทยาลยสงขลานครนทร

A Thesis Submitted in Partial Fulfillment of the Requirements for the Degree of

Master of Engineering in Electrical Engineering

Prince of Songkla University

2559

ลขสทธของมหาวทยาลยสงขลานครนทร

(2)

ชอวทยานพนธ การประเมนระดบความรนแรงของผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบ

ดวยวธการวเคราะหจากสญญาณเสยงกรน

ผเขยน นางสาวธนวรรณ พรายดสถ

สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา ___________________________________________________________________________ ออาจารยทปรกษาวทยานพนธหลก ....................................................................... (รองศาสตราจารย บญเจรญ วงศกตตศกษา)

คณะกรรมการสอบ

..............................................ประธานกรรมการ (รองศาสตราจารย ดร.พรชย พฤกษภทรานนต)

...........................................................กรรมการ (รองศาสตราจารย บญเจรญ วงศกตตศกษา) ...........................................................กรรมการ (ดร.กตตคณ ทองพล) ...........................................................กรรมการ (ผชวยศาสตราจารย ดร.พทกษ บญนน)

บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร อนมตใหนบวทยานพนธฉบบนเปนสวนหนงของการศกษา ตามหลก สตรปรญญาวศวกรรมศาสตรมหาบณฑต สาขาวชาวศวกรรมไฟฟา

..........................................................................

(รองศาสตราจารย ดร.ธระพล ศรชนะ) คณบดบณฑตวทยาลย

(3)

ขอรบรองวา ผลงานวจยนมาจากการศกษาวจยของนกศกษาเอง และไดแสดงความขอบคณบคคลทมสวนชวยเหลอแลว

ลงชอ............................................................

(รองศาสตราจารย บญเจรญ วงศกตตศกษา) อาจารยทปรกษาวทยานพนธหลก

ลงชอ............................................................

(นางสาวธนวรรณ พรายดสถ) นกศกษา

(4)

ขาพเจาขอรบรองวา ผลงานวจยนไมเคยเปนสวนหนงในการอนมตปรญญาในระดบใดมากอน และไมไดถกใชในการยนขออนมตปรญญาในขณะน

ลงชอ................................................... (นางสาวธนวรรณ พรายดสถ) นกศกษา

(5)

ชอวทยานพนธ การประเมนระดบความรนแรงของผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบ

ดวยวธการวเคราะหจากสญญาณเสยงกรน

ผเขยน นางสาวธนวรรณ พรายดสถ

สาขาวชา วศวกรรมไฟฟา

ปการศกษา 2559

บทคดยอ

ภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกนเปนปญหาและความผดปกตของการหายใจในระหวางการนอน ปจจบนวธการมาตรฐานส าหรบวนจฉยและประเมนระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ คอ การตรวจสภาพการนอนหลบ การวนจฉยดวยวธนผปวยตองนอนในหองส าหรบท าการตรวจทมเจาหนาทคอยเฝาในหองควบคมตลอดทงคน

และมคาใชจายสง งานวจยฉบบนน าเสนออลกอรทมส าหรบประเมนระดบความรนแรงเบองตนของผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบชนดทางเดนหายใจอดกนออกเปน 4 ระดบ ไดแก การกรนแบบปกต ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลางและภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก ดวยการประมวลผลจากสญญาณเสยงกรนและปราศจากการตดตงอปกรณตรวจรทตวของผปวย จากกลมผเขารบการทดสอบจ านวน 33

คน วธด าเนนการประเมนระดบความรนแรงเบองตนของผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบชนดทางเดนหายใจอดกนในวทยานพนธนประกอบดวย (1) การเกบขอมลสญญาณเสยงกรน (2) การประมวลผลสญญาณเบองตน (3) การจดกลมขอมล (4) การสรางคณลกษณะ (5) การจ าแนกประเภท (6) การประเมนประสทธภาพอลกอรทม ไดท าการเปรยบเทยบผลของอลกอรทมกบวธการตรวจสภาพการนอนหลบ ณ ศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน โรงพยาบาล

สงขลานครนทร ผลการประเมนประสทธภาพอลกอรทมในจ าแนกระดบความรนแรงออกเปน 4 ระดบ มคาความถกตองดงน 60%, 70%, 57.14% และ 100% ตามล าดบ และคาความถกตองรวมของระบบคอ 75.76% ซงสามารถน าไปประยกตใชในการประเมนระดบความรนแรงเบองตนของภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกนได

ค าส าคญ: สญญาณเสยงกรน, ภาวะหยดหายใจขณะหลบ, ซพพอรทเวกเตอรแมชชน

(6)

Thesis Title Obstructive Sleep Apnea Severity Classification Using Analysis of

Snoring Sound

Author MissThanawan Praydas

Major Program Electrical Engineering

Academy Year 2016

ABSTRACT

The gold standard for diagnosing obstructive sleep apnea (OSA) is polysomnography (PSG), an expensive, labour-intensive, and uncomfortable. Accordingly, it would be beneficial to have a screening method to promptly determine the severity of patient, prior to referral for PSG. This paper intends to distinguish the severity with four classes of OSA,

non-OSA, mild OSA, moderate OSA, and severe OSA. Snoring sounds of subjects were recorded simultaneously with PSG using a non-contact microphone. Thirty-three subjects with different degrees of obstructive sleep apnea and non-OSA were analyzed. We show that accurate multiclass classification of snoring subjects with four classes of OSA, can be achieved on the sound spectrum of snoring sound. Multiclass snore-based classification allows early stratification

of subjects according to their severity. Proposed system in this thesis has six processing stages namely (1) Data recording, (2) Data preprocessing, (3) Clustering, (4) Features reconstruction, (5) Classification, (6) Performance evaluation. The performance of the proposed system compared with polysomnography at the Sleep Disorders Service and Research Center of Songklanagarind Hospital. The performance evaluation of the classifier shows that non-OSA, mild OSA, moderate

OSA, and severe OSA are classified at 60%, 70%, 57.14%, and 100% classification accuracy respectively. The overall accuracy is 75.76%. The experimental results also demonstrate that the proposed method can provide diagnostic suggestions for OSA screening.

Keywords: Snoring Sound, Obstructive Sleep Apnea, Support Vector Machine

(7)

กตตกรรมประกาศ

ขอขอบพระคณ รองศาสตราจารย บญเจ รญ วงศกต ตศกษา และผ ชวย

ศาสตราจารย สาวตร ตณฑนช อาจารยทปรกษาวทยานพนธฉบบน ทกรณาอทศเวลาใหค าปรกษา

แนะน าความรทเปนประโยชน สนบสนนทกๆดานในการท าวจย ตลอดจนขดเกลากระบวนการคดและใหก าลงใจในการแกปญหารวมทงตรวจทานแกไขวทยานพนธใหด าเนนไปอยางสมบรณ

ขอขอบพระคณ รองศาสตราจารย ดร. พรชย พฤกษภทรานนต ประธานกรรมการสอบปองกนวทยานพนธ ทไดกรณาอทศเวลาใหค าปรกษาแนะน าทเปนประโยชนตอการด าเนนงานวจยและตรวจทานวทยานพนธใหด าเนนไปอยางสมบรณ

ขอขอบพระคณ ดร. กตตคณ ทองพล และผชวยศาสตราจารย ดร. พทกษ บญนน กรรมการสอบปองกนวทยานพนธ ทไดกรณาอทศเวลาใหค าปรกษาแนะน าทเปนประโยชน วจารณผลงานและตรวจทานวทยานพนธใหด าเนนไปอยางสมบรณ

ขอขอบพระคณ รองศาสตราจารย ดร. ณฎฐา จนดาเพชร และ ดร. รกกฤตว ดวงสรอยทอง กรรมการสอบโครงรางวทยานพนธทไดกรณาอทศเวลาใหค าแนะน าทเปนประโยชน ตอการท าวจยเสมอมา

ขอขอบพระคณ รองศาสตราจารย ดร.เกรกชย ทองหน รวมทงอาจารยภาควชาวศวกรรมไฟฟา คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทกทานทไดกรณาใหค าแนะน าและความคดเหนในการปรบปรงแกไขวทยานพนธ

ขอขอบพระคณ นางการตน แวอาแซ พยาบาลช านาญการ และบคลากรของศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน คณะแพทยศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทรทก

ทานทไดกรณาสนบสนนขอมลทใชในการท าวทยานพนธ พรอมทงเปนก าลงใจชวยเหลอใหค าปรกษาและแกไขปญหาตางๆ

ขอขอบพระคณ นายพเชฐ เกศม นายเกยรตศกด เสงชวย พๆ เพอนๆ นองๆ รวมทงเจาหนาทและบคลากรของภาควชาวศวกรรมไฟฟาทกทานทใหค าแนะน าและใหก าลงใจทดเสมอมา

ขอขอบพระคณ คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทกรณาสนบสนนทนการศกษา “โครงการปรญญาตร-โท 5 ป” แกขาพเจาระหวางการศกษา

(8)

ขอขอบพระคณ บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร วทยาเขตหาดใหญทใหการสนบสนนทนอดหนนวจยเพอวทยานพนธ

สดทายนขอขอบพระคณอาจารยผสอนทกทาน ทประสทธประสาทความร

ทางดานตางๆทงในอดตและปจจบนใหแกขาพเจามาโดยตลอด และขอกราบขอบพระคณ มารดา ทใหการสนบสนนทางดานการศกษา การสนบสนนในทกๆดานอยางดยงมาโดยตลอด จนท าใหผจ ดท าประสบความส าเรจในชวตเรอยมา หากวทยานพนธนมความดอนใด ผวจยขอใหเปนกตเวทตาแดมารดา และบรพาจารยทกทาน

ธนวรรณ พรายดสถ

(9)

สารบญ

หนา สารบญ (9) รายการตาราง (11) รายการภาพประกอบ (12) บทท

1. บทน า 1 1.1 ความส าคญและทมาของหวขอวจย 1 1.2 การตรวจเอกสาร บทความ และงานวจยทเกยวของกบประเดนวจย 3 1.3 วตถประสงคของการวจย 15 1.4 ขอบเขตของการวจย 15 1.5 ประโยชนทคาดวาจะไดรบ 15

2. ทฤษฎและหลกการ 16 2.1 พยาธสรรวทยาของการนอนกรน 16 2.2 พยาธสรรวทยาของภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน 18 2.3 การตรวจสภาพการนอนหลบ (Polysomnography, PSG) 20 2.4 ระดบความรนแรงของสภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจ

อดกน 22

3. วธด าเนนการ 33 3.1 การเกบขอมลสญญาณเสยงกรน (Data Recording) 34 3.2 การประมวลสญญาณเบองตน (Data Preprocessing) 38 3.3 การการจดกลมขอมล (Data Clustering) 39 3.4 การสรางคณลกษณะใหม (Features reconstruction) 40 3.5

3.6 การจ าแนกประเภท (Classification) การประเมนผลประสทธภาพอลกอรทม (Performance Evaluation)

41 41

4. ผลการวจย 40 4.1 ผลการประมวลผลสญญาณเบองตน (Data Preprocessing) 40 4.2 ผลการจดกลมขอมล (Data Clustering) 42 4.3 ผลการประเมนประสทธภาพอลกอรทม (Performance Evaluation) 42

(10)

สารบญ (ตอ)

หนา บทท

5. บทสรปและขอเสนอแนะ 50 5.1 บทสรป 50 5.2 ขอเสนอแนะ 51

บรรณานกรม 53 ภาคผนวก 56

ภาคผนวก ก 57 ภาคผนวก ข 60 ภาคผนวก ค 68

ประวตผเขยน 70

(11)

รายการตาราง ตารางท หนา

1-1 ความชกของกลมอาการหยดหายใจขณะหลบของประเทศในทวปเอเชย 2 1-2 ชวงความแตกตางของคาความถฟอรแมนท 1, 2 และ 3 ระหวางผทนอนกรนปกต

และผปวยทมภาวะหยดหายใจรวมดวย 7

1-3 สรปการทบทวนบทความวจยทเกยวของกบประเดนวจย 12 1-3 สรปการทบทวนบทความวจยทเกยวของกบประเดนวจย (ตอ) 13 2-1 ระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ เนองจากทางเดนหายใจอดกน 22 2-2 ฟงกชนแกนพนฐานส าหรบซพพอรตเวกเตอรแมชชน 26 2-3 การเปรยบเทยบแบงกลมการคดแยกทละหนงเปรยบเทยบกบสวนทเหลอทงหมด 27 2-4 ตวอยางฟงกชนตดสนใจของวธการคดแยกทละหนงตอหนง 29 2-5 ตวอยางผลการเปรยบเทยบทละคแบบไมซ ากน 29 2-6 ผลการตดสนใจเลอกกลมของการคดแยก 29 2-7 คอนฟวชนแมทรกซ (Confusion Matrix) แบบ 2 กลม 32 3-1 อาย, คาดชนมวลกาย และ AHI ของกลมผเขารบการทดสอบทง 4 ระดบ 36 3-2 กลมผทดสอบทมการกรนปกต (Non-OSA) 36 3-3 กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย (Mild OSA) 36 3-4 กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลาง (Moderate

OSA) 37

3-5 3-6

กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก (Severe OSA) ขอมลคณลกษณะของสญญาณเสยงกรน 2 เสยงหลงการแปลงแบบฟเรยรแบบเรว

37 39

3-7 จ านวนคณลกษณะในแตละกลม 40 4-1 คอนฟวชนเมทรกซการจาแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ

ดวยการเลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out 48

(12)

รายการภาพประกอบ ภาพประกอบท หนา

1-1 ความสมพนธระหวางความถและสเปคตรมพลงงานเสยงกรนของผทนอนกรนปกต

3

1-2 ความสมพนธระหวางความถและสเปคตรมพลงงานเสยงกรนของผทนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย

3

1-3 ความสมพนธระหวางคาดชนการถกรบกวนของเสยงหายใจภายในหลอดลมกบคาดชนการหยดหายใจเมอก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 5 ครง/ชวโมง เปนเกณฑ

5

1-4 ความสมพนธระหวางคาดชนการถกรบกวนของเสยงหายใจภายในหลอดลมกบคาดชนการหยดหายใจเมอก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 15 ครง/ชวโมง เปนเกณฑ

5

1-5 สญญาณเสยงกรนเปรยบเทยบกอนและหลงการลดทอนสญญาณรบกวนโดยใชวงจรกรองสญญาณแบบปรบตวเอง

6

1-6 Receiver Operating Characteristic Curve ของความถฟอรแมนทท 1 7 1-7 รปแบบของวธการทน าเสนอในบทความท [22] 9 1-8 รปแบบของวธการทน าเสนอในบทความท [23] 10 2-1 ลกษณะทางกายวภาคของสวนทสามารถเกดการอดกนทางเดนหายใจสวนบนได

งายเนองจากไมมอวยวะสวนแขงค ายน 16

2-2 แสดงลกษณะของทางเดนหายใจขณะหลบ 19 2-3 การเลอกสมขอมลแบบรอยละ 30 2-4 การเลอกสมขอมลแบบความเทยงตรง K กลม เมอ K=4 30 2-5 การเลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out 31 3-1 ล าดบขนตอนของอลกอรทมทใชในการวเคราะหระดบความรนแรงของภาวะ

หยดหายใจขณะหลบ 33

3-2 3-3

3-4

การบนทกสญญาณเสยงกรนในหองปฏบตการตรวจสภาพการนอนหลบ การบนทกสญญาณเสยงกรนจากผเขารบการทดสอบขณะเขารบการตรวจสภาพการนอนหลบแบบมาตรฐานในหองทดสอบการนอนหลบ จ านวนคณลกษณะในแตละกลม

35 35

40

(13)

รายการภาพประกอบ (ตอ) ภาพประกอบท หนา

4-1 4-2

ผลการก าจดสญญาณรบกวน ผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนปกต

42 43

4-3 การแปลงฟเรยรแบบเรวเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวย 44 4-4 สเปคตรมความถของเสยงกรนปกตทมความเดน 90% 45 4-5

4-6

สเปคตรมความถของเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวย ทมความเดน 90% การจดกลมขอมล ดวยเทคนค K-Means Clustering (K=500)

46

47

1

บทท 1

บทน ำ

1.1 ทมำและควำมส ำคญของงำนวจย การนอนหลบเปนการพกผอนทมความจ าเปนอยางยงส าหรบทกคน เพอใหการท างานของรางกายเปนไปอยางปกต การนอนหลบทดประกอบดวยปรมาณการนอนทเพยงพอ และคณภาพการนอนทมประสทธภาพ หากผปวยมปญหาคณภาพการนอนยอมสงผลตอสขภาพรางกายโดยรวม สาเหตของปญหาการนอนหลบทงในเชงปรมาณและคณภาพทพบไดบอยและส าคญ เชน ความเครยด ความวตกกงวล การนอนกรน และภาวะหยดหายใจขณะหลบเปนตน [1]

อาการนอนกรน (Snoring) เปนปญหาและความผดปกตของการหายใจในระหวางการนอนหลบทพบไดบอยมากในทกเพศทกวย ซงบงบอกถงการอดกนของทางเดนหายใจสวนบน [1] โดยอาการทเกดจะมเสยงดงผดปกตจากการหายใจขณะนอนหลบเนองจากลมหายใจก าลงเคลอนผานทางเดนหายใจสวนตนทตบแคบ กอใหเกดการสนสะเทอนของเนอเยอรอบขาง [2] ปจจบนคนทประสบปญหาอาการนอนกรนมเปนจ านวนมาก คนทนอนกรนสวนมากจะไมทราบวาตวเองมภาวะนอนกรน และคนสวนใหญจะมองขามปญหาการนอนกรน ทงนเสยงกรนนอกจากจะกอใหเกดความร าคาญอยางมากกบคนอนและผพกอาศยรวมดวยแลว ยงสงผลกระทบหลายอยางตอสงคมรอบขาง และมความสมพนธโดยตรงตอภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน (Obstructive Sleep Apnea, OSA) [3] จากการศกษาอบตการณนอนกรนในคนไทย พบไดประมาณรอยละ 26.4 ขณะทความชก (Prevalence) ของกลมอาการหยดหายใจขณะหลบในคนไทย พบไดประมาณรอยละ 15.4 ในผชาย และรอยละ 6.3 ในผหญง [4] จากการศกษากอนหนานยงแสดงใหเหนวาพบมากหลายประเทศในทวปเอเชย เชน เกาหล พบประมาณรอยละ 27 ในผชาย และรอยละ 16 ในผหญง [5], ฮองกง พบประมาณรอยละ 8.8 ในผชาย และรอยละ 3.7 ในผหญง [6, 7], และอนเดยพบประมาณรอยละ 19.5 ในผชาย [8] ดงแสดงในตารางท 1–1 ทงนเชอวาจะมแนวโนมเพมสงขนโดยเฉพาะในผสงอาย [3]

รายงานการวจยจ านวนมากพบวาภาวะหยดหายใจขณะหลบ มผลกระทบทส าคญตอสขภาพกายและจตใจหลายอยาง ท าใหประสทธภาพการนอนหลบลดลง คอเมอเกดการหยดหายใจขณะหลบ จะท าใหผปวยนอนหลบไดไมสนท มการสะดงตนเปนชวงๆ สงผลใหนอนหลบไดไมเตมท รสกไมสดชนหลงตนนอน สมาธไมด มอาการงวงมากผดปกตในเวลากลางวน [9], ทงยงมความสมพนธอยางมนยส าคญหรอเปนปจจยเสยงของโรคทางหลอดเลอดและระบบไหลเวยน

2

ไดแก โรคความดนโลหตสง [10], โรคหลอดเลอดหวใจ [11], โรคหลอดเลอดสมอง [12], เปนตน นอกจากนผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบยงมความเสยงตออบตเหตทางดานจราจรและจากการท างานสงถง 2-3 เทาเมอเทยบกบคนปกต [13] และพบวาเปนปจจยหนงทท าใหเกดการเพมขนของอตราการเสยชวตอยางมนยส าคญทางสถต [14]

ตารางท 1–1 ความชกของกลมอาการหยดหายใจขณะหลบของประเทศในทวปเอเชย Study County Male (%) Female (%) OSA OSA Nerumtarat et al. [4] Thailand 15.4 6.3 Kim et al. [5] Korea 27 16 Ip et al. [6, 7] Hong Kong 8.8 3.7 Udawaida et al. [8] India 19.5 No data

ปจจบนไดมวธการวนจฉยและประเมนระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ คอ การตรวจสภาพการนอนหลบ (Polysomnography, PSG) [1] ซงเปนวธการตรวจทเปนมาตรฐาน (Gold Standard) การวนจฉยดวยวธนผปวยตองนอนในหองส าหรบท าการตรวจทมเจาหนาทคอยเฝาในหองควบคมตลอดทงคน ตดอเลกโทรดบรเวณทวศรษะตลอดจนบรเวณคางของผทท าการตรวจ สงผลใหผปวยหลบไมเปนธรรมชาต อยางไรกตามเนองจากปจจบนมโรงพยาบาลในประเทศทใหบรการในสวนนนอยมาก ท าใหมคาใชจายสงและผปวยมกตองรอควตรวจเปนเวลานาน

งานวจยนจงน าเสนอวธการประเมนระดบความรนแรงเบองตนของภาวะหยดหายใจขณะหลบชนดอดกน โดยการประมวลผลจากสญญาณเสยงกรนและปราศจากการตดตงอปกรณตรวจรทตวของผปวย ชวยใหผปวยไดรบความสะดวกสบาย สามารถนอนหลบไดเหมอนการใชชวตประจ าวนจรง เพอเปนขอมลพนฐานการวนจฉยระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบทางดานเชงรกหรอเชงปองกน เพอลดพฤตกรรมเสยงตอการเสยชวต พรอมทงเปนการเพมคณภาพชวตในการดแลผสงอาย ลดคาใชจาย และยงสามารถใชกบผปวยทมโรคประจ าตวบางอยางทไมสามารถเคลอนยายผปวยได

3

1.2 กำรตรวจเอกสำร บทควำม และงำนวจยทเกยวขอกบประเดนวจย 1.2.1 Acoustic Analysis of Snoring Sound in Patients with Simple Snoring and OSA [15]

ภาพประกอบท 1-1 ความสมพนธระหวางความถและสเปกตรมพลงงานเสยงกรน

ของผทนอนกรนปกต [15]

ภาพประกอบท 1-2 ความสมพนธระหวางความถและสเปกตรมพลงงานของเสยงกรน

ของผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย [15]

งานวจยนไดน าเสนอความแตกตางสเปคตรมเสยงกรนของผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย จากกลมผทดสอบเพศชายจ านวน 17 คน ประกอบดวยผทนอนกรนปกตจ านวน 7 คน และผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจ านวน 10 คน โดย

Powe

r spe

ctrum

(arbi

trary

units

)

0

0.5

1.0

1.

5

Frequency (Hz) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

Powe

r spe

ctrum

(arbi

trary

units

)

0

0.5

1.0

1.

5 2

.0

2.5

Frequency (Hz) 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 1000

4

วธแปลงฟเรยรแบบเรว (Fast Fourier Transform, FFT) สามารถบอกคณสมบตสเปคตรมของเสยงกรน พบวาเสยงกรนปกตมความถมลฐานและมรปแบบทสอดคลองกน (Harmonic Pattern) สวนเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยนน พบวาทความถมลฐานจะมคาพลงงานสงและไมสามารถระบรปแบบทสอดคลองกน ดงภาพประกอบท 1-1 และ 1-2

1.2.2 Pitch Analysis in Snoring Signals from Simple Snorers and Patients with Obstructive Sleep Apnea [16] บทความนน าเสนอการวเคราะหระดบเสยงกรนเพอบงบอกถงความแตกตางของระดบเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย งานวจยนก าหนดคาดชนการหยดหายใจ (Apnea Hypopnea Index, AHI) เทากบ 10 ครง/ชวโมง เปนเกณฑในการแบงแยกผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย บนทกเสยงกรนดวยการตดไมโครโฟนบรเวณดานขางล าคอของผทดสอบ กลมผ ทดสอบท งหมด 16 คน ประกอบดวยผทนอนกรนปกตจ านวน 8 คน และผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจ านวน 8 คน ค านวณคาพารามเตอรจากเสยงกรนทงหมด 3 พารามเตอร ไดแก คาเฉลย, คาเบยงเบนมาตรฐาน และความเขมของระดบเสยงกรน ผลการทดลองแสดงใหเหนวาผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยมคาเฉลยและคาเบยงเบนมาตรฐานของระดบเสยงกรนสงกวาผทนอนกรนปกต แตมคาความเขมของระดบเสยงกรนต ากวาผทนอนกรนปกต ซงงานวจยนไดใชคาพารามเตอรทง 3 คาส าหรบแยกความแตกตางของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ดวยวธการวเคราะหการจ าแนกประเภทเชงเสน (Linear Discriminant Analysis, LDA) ใหคา Sensitivity 64.4% และ Specificity 58.5% อยางไรกตามจะเหนไดวามคาความถกตองทคอนขางต า อาจเกดผลกระทบเนองจากสญญาณรบกวน 1.2.3 Validation of a New System of Tracheal Sound Analysis for the Diagnosis of Sleep Apnea-Hypopnea Syndrome [17] บทความนน าเสนอการวเคราะหความแตกตางของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย จากกลมผทดสอบทรบการตรวจดวยวธ Polysomnography จ านวน 383 คน บนทกเสยงกรนโดยการตดไมโครโฟนทล าคอดานหนาบรเวณหลอดลมของผทดสอบและท าการหาความสมพนธระหวางคาดชนความอมตวของออกซเจนในเลอด (Oxygen Desaturation Index; SaO2) กบคาดชนการหยดหายใจ เปรยบเทยบกบความสมพนธระหวางคาดชนการถกรบกวนของเสยงหายใจภายในหลอดลม (Tracheal Sound-Respiratory

5

Disturbance Index, TSRDI) กบคาดชนดชนการหยดหายใจดวยวธสหสมพนธ ค านวณคาสมประสทธสหสมพนธแบบเพยรสน (Pearson Correlation Coefficient)

ภาพประกอบท 1-3 ความสมพนธระหวางคาดชนการถกรบกวนของเสยงหายใจภายในหลอดลม กบคาดชนการหยดหายใจเมอก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 5 ครง/ชวโมง เปนเกณฑ [17]

ภาพประกอบท 1-4 ความสมพนธระหวางคาดชนการถกรบกวนของเสยงหายใจภายในหลอดลม กบคาดชนการหยดหายใจเมอก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 15 ครง/ชวโมง เปนเกณฑ [17]

0

20

4

0

60

8

0

100

12

0

0 20 40 60 80 100 120

AHI =-0.0 + 1.12TSRDI N=383 r=0.945

TSRDI (/hr)

AHI-5

0 20 40 60 80 100 120

AHI =-0.0 + 1.12TSRDI N=383 r=0.945

AHI-15

TSRDI (/hr)

0

20

4

0

60

8

0

100

12

0

6

-2

-1

0

1

2

0 1 2 3 4

Ampli

tude

-2

-1

0

1

2

0 1 2 3 4

ผลการทดลองแสดงใหเหนวาความสมพนธระหวางคาดชนการถกรบกวนของเสยงหายใจภายในหลอดลมกบคาดชนการหยดหายใจสามารถใชแยกความแตกตางของเสยงกรนระหวางผ ทนอนกรนปกตและผ ปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยได แสดงดงภาพประกอบท 1-3 และ1-4 โดยใหคา Sensitivity 93% และ Specificity 67% เมอก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 5 ครง/ชวโมง เปนเกณฑในการแบงแยกผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย และใหคา Sensitivity 79% และ Specificity 95% เมอก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 15 ครง/ชวโมง เปนเกณฑ 1.2.4 Speech-Like Analysis of Snore Signals for the Detection of Obstructive Sleep Apnea [18]

ภาพประกอบท 1-5 สญญาณเสยงกรนเปรยบเทยบกอนและหลงการลดทอนสญญาณรบกวน โดยใชวงจรกรองสญญาณแบบปรบตวเอง [18]

บทความนน าเสนอการวเคราะหความแตกตางคาความถฟอรแมนท (Formant Frequency) ของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย จากกลมผทดสอบจ านวน 13 คน ประกอบดวยผทนอนกรนปกตจ านวน 5 คน และผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจ านวน 8 คน งานวจยนไดมงเนนไปยงขนตอนวธการประมวลผลเบองตนในการลดทอนสญญาณเสยงรบกวน โดยใชวงจรกรองสญญาณแบบปรบตวเอง (Adaptive Filter) ส าหรบลดทอนสญญาณเสยงรบกวนเพอปรบปรงคาอตราสวนของสญญาณเสยงกรนกบ

Sample Number x104

Raw Snoring Episode

SNR = 24.03 dB SNR = 15.82 dB

Raw Snoring Episode

Sample Number x104

7

Sens

itivity

100- Specificity 0 20 40 60 80 100

0

20

40

6

0

80

1

00

สญญาณเสยงรบกวน (Signal-to-Noise Ratio, SNR) กอนจะน าสญญาณทไดไปประมวลผล ผลการทดลองสามารถปรบปรงคาของ SNR ไดเพมขน 6-9 dB เมอเทยบกบสญญาณเดม แสดงดงภาพประกอบท 1-5 จากนนท าการประมาณคาความถฟอรแมนทดวยวธการประมาณพนธะเชงเสน (Linear Predictive Coding , LPC) เพอเปรยบเทยบความแตกตางของคาความถฟอรแมนทท 1, 2 และ 3 ระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ดงตารางท 1-2 ตารางท 1-2 ชวงความแตกตางของคาความถฟอรแมนทท 1, 2 และ 3 ระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย [18]

Type of Snore F1 (kHz) F2 (kHz) F3 (kHz) Simple 0.3-0.8 1.4-1.9 2.4-3.0 OSA 0.6-1.3 1.7-2.3 2.6-3.5

จากตารางท 1-2 พบวาคาความถฟอรแมนทท 1 เปนคาทเหมาะสมจากการทดลองส าหรบใชแยกความแตกตางของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย งานวจยนก าหนดคาความถฟอรแมนทท 1 เทากบ 689 Hz ในการใชแยกความแตกตางของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย และก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 5 ครง/ชวโมง เปนเกณฑในการแบงแยกผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ผลการทดลองใหคา Sensitivity 90% และ Specificity 92% แสดงดงภาพประกอบท 1-6

ภาพประกอบท 1-6 Receiver Operating Characteristic Curve ของความถฟอรแมนทท 1 [18]

Sensitivity: 90.0 % Specificity: 92.0 % Criterion: >689 Hz

F1

8

1.2.4 Could Formant Frequencies of Snore Signals be an Alternative Means for the Diagnosis of Obstructive Sleep Apnea? [19] บทความนน าเสนอความเปนไปไดในการใชคาความถฟอรแมนทของเสยงกรนมาเปนตวบงชความแตกตางระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย จากกลมผทดสอบจ านวน 40 คน ประกอบดวยผทนอนกรนปกตจ านวน 10 คน และผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจ านวน 30 คน บนทกเสยงกรนดวยไมโครโฟนแบบไมรกล า ดวยการตดตงไมโครโฟนเหนอศรษะของผปวย 0.3 เมตร จากนนท าการประมาณคาความถฟอรแมนทท 1, 2 และ 3 ของเสยงกรนดวยวธการประมาณพนธะเชงเสน พบวาคาความถฟอรแมนทท 1 ของเสยงกรนมนยส าคญในการบงชความแตกตางของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ซงคาเกณฑทเหมาะสมของความถฟอรแมนทท 1 จากผลการทดลอง คอ 470 Hz จากนนท าการหาความสมพนธระหวางความถฟอรแมนทท 1 กบคาดชนการหยดหายใจดวยเทคนคการวเคราะหการถดถอย (Regression Analysis) เพอแยกความแตกตางของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ซงในงานวจยนก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 10 ครง/ชวโมง เปนเกณฑในการแบงแยกผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ผลการทดลองใหคา Sensitivity 88% และ Specificity 82% 1.2.5 Investigation of Obstructive Sleep Apnea Using Nonlinear Mode Interactions in Nonstationary Snore Signals [20] บทความนน าเสนอการคดแยกเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย จากกลมผทดสอบจ านวน 40 คน ประกอบดวยผทนอนกรนปกตจ านวน 10 คน และผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจ านวน 30 คน ดวยวธ Wavelet Bicoherence Analysis (WBC) ค านวณคาพารามเตอร 2 พารามเตอรคอ คาสงสดของความถฟอรแมนทท 1 (Peak Frequency Component at F1, PF1) และคาสงสดของความถรวม (Peak Sum Frequency, PSF) เพอใชเปนเกณฑในการจ าแนกผปวยทกรนปกตและผปวยทมภาวะหยดหายใจรวมดวย จากนนท าการหาความสมพนธระหวางคาสงสดของความถฟอรแมนทท 1 และคาสงสดของความถรวมกบคาดชนการหยดหายใจเพอแยกความแตกตางของเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 10 ครง/ชวโมง เปนเกณฑ โดยใชเทคนคการวเคราะหการถดถอย ผลการทดลองใหคา Sensitivity 85% และ Specificity 90.7%

9

1.2.6 A Snoring Detector for OSAHS Based on Patient’s Individual Personality [21] บทความนน าเสนออลกอรทมในการคดแยกเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย บนทกเสยงกรนจากผเขารบการทดสอบจ านวน 42 คน ประกอบดวยผทนอนกรนปกตจ านวน 12 คน และผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจ านวน 30 คน ซงอลกอรทมทไดน าเสนอแสดงดงภาพประกอบท 1-7

ภาพประกอบท 1-7 รปแบบของวธการทน าเสนอในบทความท [21]

จากนนเขาสขนตอนวธการประมวลผลเบองตนเพอตรวจจบการกรนและลดทอนสญญาณเสยงรบกวน ขนตอนตอไปประมาณคาความถฟอรแมนทท 1 ของเสยงกรนดวยวธการประมาณพนธะเชงเสน และแบงกลมคาความถฟอรแมนทท 1 ออกเปน 2 กลม คอกลมของการกรนปกตและการกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยโดยใชเทคนคจดกลมขอมลเคมน จากนนจงท าการ

Data recording

Snore sound detection Filter 60-1000 Hz Hanning window

Pre-processing

Formant extraction (LPC)

Formant frequencies clustering

Detecting abnormal frequencies by personalized threshold

AHI > 5?

OSAHS patient Normal snorer

10

ตรวจจบเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจากคาความถฟอรแมนทท 1 ทมคาลดลง 50% เมอเทยบกบคาความถฟอรแมนทท 1 ในภาวะปกตของผปวยคนเดยวกน งานวจยนก าหนดคาดชนการหยดหายใจเทากบ 5 ครง/ชวโมง เปนเกณฑในการแบงแยกผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย ผลการทดลองใหคา Sensitivity 85% และ Specificity 90.7% 1.2.7 Snoring Sounds Variability as a Signature of Obstructive Sleep Apnea [22] บทความนน าเสนออลกอรทมในการคดแยกเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยและประเมนคาดชนการหยดหายใจเพอจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ บนทกเสยงกรนจากผเขารบการทดสอบจ านวน 57 คน ประกอบดวยผทนอนกรนปกตจ านวน 12 คน และผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยจ านวน 45 คน ซงอลกอรทมทไดน าเสนอแสดงดงภาพประกอบท 1-8

ภาพประกอบท 1-8 รปแบบของวธการทน าเสนอในบทความท [22]

จากนนเขาสขนตอนวธการประมวลผลเบองตนเพอตรวจจบการกรนและลดทอนสญญาณเสยงรบกวน ใชคณลกษณะทสกดจากเสยงกรนรวมกนจ านวน 2 คณลกษณะ คอ อตราการตดศนย (Zero Crossing Rate, ZCR) และ คาความถสงสด (Peak Frequency, Fp) จากนนท าการค านวณคา Total Variation Norm ของคณลกษณะทงสอง และประเมนคาดชนการหยดหายใจของ

Tracheal Sound Recordings

Band-Pass filtering and Windowing

Automatic Snoring Sound Detection and

Noise Removal

Zero Crossing Rate (ZCR)

Peak Frequency (Fp)

Total Variation Norm

LDA Classifier

Ordered Snoring Sound Segments

OSA Severity

11

ภาวะหยดหายใจขณะหลบดวยวธการวเคราะหการจ าแนกประเภทเชงเสน จ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบออกเปน 4 ระดบ ไดแก ภาวะการกรนแบบปกต (Non-OSA; AHI < 5), ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย (Mild OSA; 5 < AHI < 15), ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลาง (Moderate OSA; 15 < AHI < 30), และภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก (Severe OSA; AHI > 30) ผลการทดลองคดแยกเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย (2 ระดบ)ใหคา Sensitivity 92.9% และ Specificity 100% และผลการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบออกเปน 4 ระดบ ใหคาความถกตอง 77.2%

12

ตารางท 1-3 สรปการทบทวนบทความวจยทเกยวของกบประเดนวจย

Authors Subjects Location of microphone

Method AHI threshold (number of classes)

Sensitivity (%) Specificity (%)

Fiz (1996) [15] 17 1 cm lateral to the median line at the level of the cricoid cartilage

Fast Fourier Transform (FFT) 10 (two-class) - -

Sola-Soler (2002) [16]

16 On the neck beside the cricothyroid notch

Mean, standard deviation, and density of pitch

10 (two-class)

64.4 58.5

Nakano (2004) [17]

383 Anterior neck over the trachea

Disturbance index and oxygen desaturation index

5 (two-class) 15 (two-class)

93 79

67 95

Ng (2006) [18]

13 30 cm above the mouth

Modified Normalized Least-Mean-Square (MNLMS) Linear Predictive Coding (LPC)

5 (two-class)

90 92

Ng (2008) [19]

30 30 cm above the mouth

Linear Predictive Coding (LPC) Formant frequency

10 (two-class)

88 82

13

ตารางท 1-3 สรปการทบทวนบทความวจยทเกยวของกบประเดนวจย (ตอ)

Authors Subjects Location of microphone

Method AHI threshold (number of classes)

Sensitivity (%) Specificity (%)

Ng (2009) [20] 40 30 cm above the mouth

Wavelet Bicoherence Analysis (WBC)

10 (two-class) 85 90.7

Zhao (2011) [21] 42 30 cm above the mouth

Linear Predictive Coding (LPC) Patient’s individual personality

5 (two-class) 90 91.67

Azarbarzin (2013) [22]

57 Over suprasternal notch of trachea

TV norm of Fp and ZCR Linear Discriminant Analysis (LDA)

5 (two-class) 4-class

92.9 77.2 (accuracy)

100

14

ตารางท 1-3 สรปการทบทวนบทความวจยทเกยวของกบประเดนวจย จากขอมลสรปในตารางพบวามหลายวธทใชในการวเคราะหคณสมบตของเสยงกรนจากผปวยนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมการหยดหายใจรวมดวย ไดแก Fast Fourier Transform (FFT) [15], Pitch Analysis [16], Disturbance Index และ Oxygen Desaturation Index [17], Wavelet Bicoherence Analysis (WBC) [20], และLinear Predictive Coding (LPC) [18, 19, 21] เมอท าการเปรยบเทยบต าแหนงการตดตงไมโครโฟนพบวา บทความวจย [15-17, 22] มการตดไมโครโฟนเขากบล าคอของผทดสอบ ซงจะสงผลใหผทดสอบนอนหลบอยางไมเปนธรรมชาต สวนบทความวจย [18-21] ตดตงไมโครโฟนเหนอจากปากของผทดสอบเปนระยะ 30 เซนตเมตร อยางไรกตามบทความวจย [15-21] เปนเพยงการคดแยกเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย (2 ระดบ) แตยงไมมการประเมนระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ บทความสดทาย [22] ใชคา Total Variation Norm ของอตราการตดศนยและ คาความถสงสด เลอกใชวธการวเคราะหการจ าแนกประเภทเชงเสนคดแยกเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย (2 ระดบ) เมอน าไปประเมนประสทธภาพของอลกอรทมสงผลใหมคา Sensitivity และ Specificity คอนขางสง ซงถกท าการเปรยบเทยบกบบทความวจย [16-21] และเมอจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบออกเปน 4 ระดบ ใหคาความถกตองอยท 77.2% จากการศกษาความวจยกอนหนานพบวาปญหาในเรองของสญญาณรบกวนท าใหมผลตอการวเคราะหสญญาณเสยงกรน อกทงหลายงานวจยยงไมมการประเมนระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน [15-21] งานวจยฉบบนน าเสนออลกอรทมในการคดแยกเสยงกรนระหวางผทนอนกรนปกตและผปวยนอนกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย พรอมทงประเมนระดบความรนแรงเบองตนของภาวะหยดหายใจขณะหลบ แบงระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบออกเปน 4 ระดบ ตามมาตรฐานของ American Academy of Sleep Medicine (AASM) [1] โดยใชเทคนคจดกลมขอมลเคมน (K-Means Clustering) รวมกบเทคนคซพพอรทเวกเตอรแมชชน (Support Vector Machine, SVM)

15

1.3 วตถประสงค 1.3.1 เพอวเคราะหความผดปกตของเสยงกรนระหวางเสยงกรนปกตและเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย 1.3.2 เพอสรางวธการวเคราะหความผดปกตของเสยงกรนดวยการประมวลผลสญญาณเสยง 1.3.3 เพอประเมนระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ 1.4 ขอบเขตของกำรวจย 1.4.1 จ าแนกเสยงกรนปกตและเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวย 1.4.2 จ าแนกระดบความรนแรงของผทมภาวะหยดหายใจขณะหลบตามมาตรฐานของ American Academy of Sleep Medicine (AASM) ใชขอมลสญญาณเสยงกรนจากกลมผ ทดสอบทบนทกขณะท าการตรวจ Polysomnography จากศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน (Sleep Disorders Service and Research Center) โรงพยาบาลสงขลานครนทร 1.4.3 เปรยบเทยบความถกตองกบวธการตรวจแบบมาตรฐาน Polysomnography รวมกบความเหนของผเชยวชาญ ณ ศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน โรงพยาบาลสงขลานครนทร 1.5 ประโยชนทคำดวำจะไดรบ 1.5.1 จ าแนกเสยงกรนแบบปกตและเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจรวมดวยได 1.5.2 ประเมนระดบความรนแรงของผทมภาวะหยดหายใจขณะหลบได 1.5.3 สามารถน าไปประยกตใชเปนวธการตรวจสอบเบองตนส าหรบประเมนระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบเพอใหมความสะดวกและรวดเรวมากยงขนส าหรบผปวย

16

บทท 2

ทฤษฏและหลกการ

ในการจดท าวทยานพนธเรองการประเมนระดบความรนแรงของผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบดวยวธการวเคราะหจากสญญาณเสยงกรน ผวจยไดแบงหลกการและทฤษฏตางๆทเกยวของกบงานวจยออกเปนหวขอดงตอไปน 1) พยาธสรรวทยาของการนอนกรน 2) พยาธสรรวทยาของภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน 3) การตรวจสภาพการนอนหลบ 4) การจดกลมขอมล 5) ซพพอรตเวกเตอรแมชชน และ 6) การวดประสทธภาพ 2.1 พยาธสรรวทยาของการนอนกรน

ภาพประกอบท 2-1 ลกษณะทางกายวภาคของสวนทสามารถเกดการอดกน

ทางเดนหายใจสวนบนไดงายเนองจากไมมอวยวะสวนแขงค ายน [3]

นอนกรน เปนอาการอยางหนงซงพบไดบอยมากและเกดขนไดในทกเพศทกวย เสยงกรนเกดจากการทลมหายใจเคลอนผานทางเดนหายใจสวนตนทตบแคบลง มกเกดจากการผอนคลายหรอหยอนตวของกลามเนอทางเดนหายใจสวนตนขณะหลบ ประกอบกบเปนบรเวณทมเนอเยอออนทนม หรอหยอนเกนไป เนองจากไมมอวยวะสวนแขงค ายน เชน เพดานออน (Soft Palate), ลนไก (Uvula), โคนลน (Base of Tongue) และคอหอย (Pharynx) แสดงดงภาพประกอบท

Base of Tongue

Soft Palate

Uvala

Collapsible Airway

Pharyngeal Tissue

17

2-1 ซงบรเวณทแคบลงนท าใหมการอดกนทางเดนหายใจบางสวน เมอลมหายใจเคลอนผานจงเปนผลท าใหเกดการสนสะเทอนและสะบดของเนอเยอ เกดเปนเสยงกรนขน [2] อาการนอนกรนไมมผลกระทบมากนกตอสขภาพของผนอนเอง แตจะมผลกระทบตอสงคมและคณภาพชวตของผอนโดยเฉพาะกบกบคนอนหรอบคคลอนๆในครอบครว เชน ท าใหผอนนอนหลบยาก ทงนเสยงกรนนอกจากจะกอใหเกดความร าคาญอยางมากกบคนอนแลว ยงอาจเปนอาการแสดงทส าคญอยางหนงของกลมโรคภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน จากการศกษาปจจบนพบวา เสยงกรนมทงชวงหายใจเขาและหายใจออก เสยงกรนไมใชจะเกดเฉพาะชวงหายใจทางปากหรออาปากหายใจอยางเดยว แตสามารถเกดไดทงชวงทหายใจทางจมก หายใจทางปากหรอหายใจทงทางจมกและปาก เสยงกรนมความถต าในระดบประมาณ 600 Hz ขณะทผปวยกรนอาจจะมลกษณะเปนชวงๆ แตละชวงประมาณ 50-120 วนาท บางคนมเสยงกรนและมการหยดหายใจเปนระยะๆ เสยงกรนสลบกบการเงยบลงแลวกลบมากรนใหม ต าแหนงทท าใหเกดเสยงมไดหลายต าแหนง แลวแตบรเวณใดจะสนสะเทอนจากลมทผานไปยงบรเวณนน ส าหรบลกษณะของเสยงกรน มไดดงตอไปน [3] 1. เสยงกรนมความถไดตงแตประมาณ 50-2,000 Hz ความดงของเสยงกรนมไดตงแต 20-85 dB 2. เสยงกรนทเกดจากบรเวณเพดานออนมลกษณะรปคลนเปนระเบยบ โดยเกดรปคลนซ ากนทก 10-30 มลลวนาท มความถสงสดเฉลยอยท 285 Hz พบไดบอยกวาเสยงกรนทเกดจากบรเวณโคนลน 3. เสยงกรนทเกดจากโคนลนมลกษณะรปคลนไมเปนระเบยบ มความถสงสดเฉลยอยท 885 Hz 4. เสยงกรนทเกดจากบรเวณเพดานออนไดยนคลายแบบเสยงกระพอ (Flapping Noise) สวนเสยงกรนทเกดจากบรเวณโคนลนไดยนเสยงคลายเสยงสไตรเดอร (Stridor) คอเสยงสงทเกดจากการไหลของอากาศผานทางเดนหายใจทถกอดกนบางสวน 5. เสยงกรนทดงมากและมการหยดเปนพกๆ สมพนธกบการหยดหายใจเมอผปวยหายใจอกครงจะมเสยงดงขนมาอก พบไดบอยในผปวยทมการหยดหายใจขณะหลบจากการอดกน

18

2.2 พยาธสรรวทยาของภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน ในภาวะปกตขณะหลบ ทางเดนหายใจสวนบนมกลไกเพอใหทางเดนหายใจเปดกวางตลอดเวลา โดยอาศยการท างานของกลามเนอตางๆ ซงจะมความตงตวตลอดเวลา และหดตวมากขนขณะหายใจเขา โดยเปนผลจากการกระตนของศนยหายใจในสมอง (Respiratory Center) รวมกบปฏกรยาตอตานแรงดนลบในชองทางเดนหายใจ ซงในคนปกตจะมทางเดนหายใจทกวางเพยงพอในทกระยะของการนอน จงไมมอาการใดๆ เกดขน ส าหรบในผทเกดภาวะหยดหายใจขณะหลบ เรมจากการตบแคบของทางเดนหายใจสวนบน ท าใหรางกายตองเพมแรงในการหายใจเขาสปอดมากขน เพอใหไดอากาศอยางเพยงพอ เกดความดนทเปนลบ (Negative Airway Pressure) บรเวณทางเดนหายใจเหนอกลองเสยง เมอรวมกบปจจยอนๆ เชน ความไมสมดลระหวางโครงสรางของใบหนาและล าคอกบปรมาตรของเนอเยอทอยภายใน การลดลงของความตงตวของกลามเนอในบรเวณทางเดนหายใจ การมกอนขวางอยในชองทางเดนหายใจ เปนตน จนท าใหทางเดนหายใจสวนตนยบตวลงจนเกดการอดกน ท าใหเกดการหยดหายใจขน ระหวางทหยดหายใจ จะมการลดลงของกาซออกซเจนในเลอด (Oxygen Desaturation) และมการเพมขนของความดนกาซคารบอนไดออกไซด (CO2) ในเลอด ท าใหเลอดมความเปนกรดเพมขน ภาวะทเปนกรดนจะกระตน chemoreceptor ท าใหผปวยตนขน มความตงตวของกลามเนอกลบมาดงเดม เพอใหหายใจไดปกต แลวกหลบตอเปนวงเวยนเชนนตลอดคน การลดลงของระดบออกซเจนในเลอด จะกระตนใหมการหลง Catecholamine ท าใหหลอดเลอดทวรางกาย และหลอดเลอดในปอดหดตว เกดความดนโลหตสงและโรคความดนโลหตในปอดสง นอกจากนการขาดออกซเจนในระยะเวลาทนาน จะกระตนใหมการสรางเมดเลอดแดงเพมขน เกดภาวะเลอดขนตามมาได และยงสามารถท าใหเกดภาวะหวใจเตนผดจงหวะ (Cardiac Arrhythmia) ได ซงจะเพมอตราการตายแกผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบ การหยดหายใจ (Apnea) คอ ภาวะทไมมอากาศผานเขาหรอออกบรเวณรจมกหรอปากแมจะมการพยายามหายใจอยตลอดเวลากตาม เปนระยะเวลาอยางนอย 10 วนาท ในผใหญ และ 6 วนาท ในเดก และเหตการณดงกลาวมกจะตามดวยการตนตวของสมอง [2] การหายใจนอยลง (Hypopnea) คอ ภาวะของการหายใจแผวลดลง แตไมถงขนหยดหายใจ อยางนอยรอยละ 30 ของปกต เปนระยะเวลาอยางนอย 10 วนาท รวมกบมการลดลงของคาความอมตวของออกซเจนในเลอดอยางนอยรอยละ 4 และมกตามดวยการสะดงตน [1,2]

19

(ก) (ข) (ค) ภาพประกอบท 2-2 แสดงลกษณะของทางเดนหายใจขณะหลบ, (ก) คนปกตทางเดนหายใจโลงตลอดทนอนหลบ, (ข) นอนกรนธรรมดา มเพยงการตบแคบของทางเดนหายใจในขณะนอนหลบ ไมถงขนมการอดกน, (ค) นอนกรนอนตราย มการอดกนของทางเดนหายใจในขณะนอนหลบ

ส าหรบปจจยสงเสรมตอการเกดอาการนอนกรนและภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน ประกอบดวย [2] 1. อาย เมออายมากขน เนอเยอตางๆจะขาดความตงตว ลนไกยาวและเพดานออนหอยต าลง กลามเนอตางๆหยอนยาน รวมทงกลามเนอทท าหนาทขยายชองทางเดนหายใจบรเวณล าคอ ท าใหลนไกและลนตกไปบงทางเดนหายใจไดงาย 2. เพศ ประมาณรอยละ 85 ของผปวยเปนเพศชาย ทงจากการศกษาทางระบาดวทยาและการศกษาเฉพาะกลม พบวาเพศชายมโอกาสเปนมากกวาเพศหญง ดวยอตรา 7:1 แตเมอถงวยหมดประจ าเดอนพบวาเพศหญงมโอกาสเปนมากขน โดยเชอวาอทธพลของฮอรโมนสงผลตอโครงสรางบรเวณศรษะและล าคอของเพศชาย เนอเยอบรเวณคอหนาขนท าใหมชองคอแคบกวาผหญง ฮอรโมนของเพศหญงมสวนท าใหกลามเนอทท าหนาทขยายชองทางเดนหายใจ มความตงตวทด 3. โรคอวน ความอวนเปนสาเหตหลกอยางหนงของอาการนอนกรนและมโอกาสเกดการหยดหายใจขณะหลบมากกวาคนทวไป เนองจากไขมนนอกจากจะกระจายอยตามเนอเยอตางๆทวรางกาย ยงพบวามเนอเยอไขมนกระจายอยรอบๆทางเดนหายใจชวงบนมากขน ไขมนทพอกบรเวณคอจะท าใหเวลาทผปวยนอนลงเกดน าหนกกดทบ ท าใหชองคอแคบลงได หนาทองทมไขมนเกาะอยมากท าใหกระบงลมท างานไดไมเตมท ความจของปอดลดลง เปนภาระท าใหรางกายตองหายใจหนกขน และใชพลงงานในการหายใจมากขน จากรายงานการศกษาพบวาประมาณ 2 ใน 3 ของผปวย OSA จะมคาดชนมวลกาย (Body Mass Index, BMI) > 28 กโลกรมตอตารางเมตร หรอมน าหนกมากกวารอยละ 20 ของน าหนกมาตรฐาน

20

4. ลกษณะโครงสรางของกะโหลกศรษะและกระดกใบหนาผดปกต เชน คางเลก คางเลอนไปดานหลง ลวนท าใหทางเดนหายใจชวงบนแคบลง เกดการอดตน และท าใหเกดการหยดหายใจได 5. กรรมพนธ โดยเฉพาะอยางยงในรายทไมอวน แตมภาวะหยดหายใจขณะหลบ ปจจยทางพนธกรรมนาจะเปนสาเหตหลกของผปวยกลมน ผทมประวตครอบครวเปนโรคนจะมโอกาสเสยงตอโรคมากกกวาคนปกต 1.5 เทา 6. อาการแนนจมกเรอรง จมกเปนตนทางของทางเดนหายใจ ถามภาวะใดกตามทท าใหแนนจมกเรอรงจะท าใหการหายใจล าบากขน 7. การดมสรา การใชยากดประสาท หรอยานอนหลบ จะท าใหกลามเนอออนแรง เกดภาวะทางเดนอดตนไดงายขน 8. การสบบหร ท าใหประสทธภาพของทางเดนหายใจแยลง ท าใหคอหอยอกเสบจากการระคายเคอง มการหนาบวมของเนอเยอ ท าใหทางเดนหายใจแคบลงเกดการอดตนไดงาย 2.3 การตรวจสภาพการนอนหลบ (Polysomnography, PSG) การตรวจสภาพการนอนหลบ (Polysomnography, PSG) หรออาจเรยกวาการทดสอบการนอนหลบ (Sleep Test) เปนการตรวจทเปนมาตรฐาน ในการวนจฉยภาวะหยดหายใจขณะหลบ และประเมนความรนแรงของโรค เนองจากประวตและการตรวจรางกายในผปวยทมปญหาการนอนหลบมกไดขอมลทจ ากดเพราะผปวยเองไมทราบอาการทเกดขนหรอไดขอมลเพอสามารถเลอกวธการรกษาใหกบผปวยไดอยางเหมาะสม American Academy of Sleep Medicine (AASM) แบงการตรวจ Polysomnography ออกเปน 4 ระดบ ไดแก 2.3.1 Level 1 หรอ Comprehensive, attened in lab Polysomnography เปนการตรวจทถอวาเปนมาตรฐาน (Gold Standard) ในการใชเพอวนจฉยและประเมนความรนแรงของโรคความผดปกตของการหายใจในขณะหลบ เปนการตรวจทตองมผเชยวชาญเฝาผปวยตลอดทงคนโดยใหผปวยนอนในหองส าหรบการตรวจเฉพาะ ซงจะจดหองใหมสภาพคลายหองนอนทบาน การตรวจระดบนใชการวดตวแปรตางๆเบองตนไมนอยกวา 7 อยาง โดยขอมลทยอมรบวาเชอถอไดตองมขอมลการนอนหลบของผปวยอยางนอย 5 ชวโมง 2.3.2 Level 11 หรอ Comprehensive, unattened portable Polysomnography การตรวจวธนคลายกบวธแรกมาก แตตางกนตรงทไมมเจาหนาทเฝาตลอดเวลา โดยมกเปนการตรวจนอกสถานท เชน ตามหอผปวย หรอตามบาน การตรวจวธนมการใชนอยกวาวธแรก เนองจากไมมเจาหนาทเฝาตลอดเวลาขอมลจงอาจคลาดเคลอน

21

2.3.3 Level 111 หรอ Modified portable Sleep Apnea Testing การตรวจระดบนใชวดตวแปรทส าคญ 4-6 อยาง โดยเฉพาะอยางยงระบบการหายใจขณะหลบ เชน ลมหายใจ การเคลอนไหวของหนาอกหรอทอง ระดบออกซเจนในเลอด และคลนไฟฟาหวใจ หรอเสยงกรน โดยมกเปนการตรวจนอกสถานท AASM แนะน าใหใชการตรวจวธนในกรณทจ าเปน เชน ผปวยทมอาการชดเจนและมความเสยงสงตอการเปนโรค ระดบปานกลางถงรนแรงซงควรรบใหการรกษา หรอผปวยทไมสามารถเคลอนยายไดอยางปลอดภย 2.3.4 Level 1V หรอ Continuous Single or Dual bioparameter recording การตรวจวธนคลายกบการตรวจแบบ Level 111 แตวดคาทส าคญไมเกน 1-2 อยาง เชน การวดระดบออกซเจนในเลอดหรอวดลมหายใจเขา-ออกขณะหลบ ดงนนจงใชเพอประเมนเบองตน หรอตดตามหลงการศกษาเฉพาะในกรณทไมสามารถตรวจแบบอนทกลาวมาแลวเทานน และไมสามารถใชเพอยนยนการวนจฉยหรอวางแผนการรกษาได ส าหรบการตรวจ Polysomnography ของโรงพยาบาลสงขลานครนทร เปนการตรวจแบบ Level 1 หรอ Comprehensive, attened in lab Polysomnography โดยมพยาบาลและนกวทยาศาสตรดานการนอนท าหนาทเปนเจาหนาทตรวจการนอน (Sleep Technician) มหองปฏบตการตรวจการนอน (Sleep Lab) 2 หอง อยภายในบรเวณศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอนโดยมการตรวจตวแปรตางๆ ดงน 1. คลนไฟฟาสมอง (Electroencephalogram, EEG) โดยการตดอเลกโทรดทศรษะต าแหนงตางๆ ตามระบบ International 10-20 System ซงคลนไฟฟาสมองมความส าคญในการวเคราะห และตความหมายการนอนหลบระยะตางๆ 2. คลนไฟฟาลกตา (Electrooculogram, EOG) ใชตรวจลกษณะการเคลอนไหวของลกตาขณะหลบหรอตน โดยอาศยความแตกตางของศกยไฟฟาระหวาง Cornea กบ Retina ซงคลนไฟฟาลกตามความส าคญในการวเคราะห และตความหมายการนอนหลบระยะตางๆ 3. คลนไฟฟากลามเนอ (Electromyogram, EMG) ใชตรวจดความตงตวของกลามเนอ (Muscle Tone) 4. คลนไฟฟาหวใจ (Electrocardiogram, EKG) เพอประเมนปญหาการเตนของหวใจทผดปกตทพบไดในขณะหลบ โดยเฉพาะความผดปกตทพบในผปวยทมปญหาหยดหายใจขณะหลบ 5. การตรวจสภาพการหายใจขณะหลบ ประกอบดวย

22

5.1 การตรวจวดลมหายใจเขา-ออก (Respiratory Airflow) ตดอปกรณการตรวจบรเวณเหนอรมฝปาก วดการเปลยนแปลงของอณหภม ของลมหายใจเขา (เยนกวา) และลมหายใจออก (รอนกวา) 5.2 การตรวจวดความเคลอนไหวของทรวงอกและชองทอง เพอดความพยายามในการหายใจ 5.3 การวดความเขมขนของออกซเจนภายในเลอด 6. ทาการนอน มความส าคญในการศกษาผปวยทมความผดปกตของการหายใจขณะหลบ ซงชวยวางแผนในการรกษาได 7. การบนทกเสยงกรน มประโยชนในการชวยดวาผปวยเขาสระยะนอนหลบแลว 8. การสงเกตพฤตกรรมระหวางการนอน โดยการสงเกตผานกลองวดโอในหองผปวย และบนทกในโปรแกรมการตรวจ มประโยชนในการศกษาพฤตกรรมผดปกตขณะหลบ นอกจากนยงชวยในเรองความปลอดภย ของผปวยและเจาหนาทดวย 2.4 ระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบเนองจากทางเดนหายใจอดกน ระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ เนองจากทางเดนหายใจอดกน แบงไดตามคาดชนการหยดหายใจ และหายใจแผว (Apnea Hypopnea Index, AHI) คาของ AHI คอคาเฉลยของจ านวน Apnea และ Hypopnea ทเกดขนรวมกนตอชวโมงของการหลบ (Total Sleep Time, TST) ซงระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ เนองจากทางเดนหายใจอดกนจะแบงออกเปน 4 ระดบ คอ ภาวะการกรนปกต (Normal Snoring), ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบความรนแรงนอย (Mild OSA), ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบความรนแรงปานกลาง (Moderate OSA), และภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบความรนแรงมาก (Severe OSA) [2] ดงตารางท 2-1 ตารางท 2-1 ระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ เนองจากทางเดนหายใจอดกน ระดบความรนแรง คา AHI Normal Snoring <5 Mild OSA 5-15 Moderate OSA >15-30 Severe OSA >30

23

2.5 การจดกลมขอมล เมอเราตองท าความเขาใจขอมลขนาดใหญ เราสามารถแบงขอมลออกเปนกลมขนาดเลกๆ ทเราสงเกตวามบางอยางคลายกนอยในกลมเดยวกน การท าความเขาใจขอมลขนาดเลกๆนจะชวยใหสามารถท าความเขาใจขอมลทงหมดได [23] การจดกลมขอมลถกใชอยางกวางขวางและเปนวธการทยดหยนในการวเคราะหขอมล สงเกต และการจดขอมลเปนกลมโดยอตโนมต การสงเกตขอมลในกลมใดกลมหนงจะพบวามความคลายกนมากกวา เมอเทยบกบขอมลทอยคนละกลม วธการนประสบความส าเรจในการน าไปประยกตใชทางดานวทยาศาสตร และโปรแกรมทางดานธรกจ รวมทงในการวเคราะหอาการปวย การวเคราะหโดยใชการแบงกลม ไมจ าเปนตองท าความเขาใจขอมลและไมตองมสมมตฐานใดๆเกยวกบขอมลมากอน ตวอยางเชน ตวแปรไมจ าเปนตองผานการแจกแจงปกต (Normal Distribution) ไมจ าเปนตองมการก าหนดตวแปรอสระ (Independent) และตวแปรตาม (Response) เหมอนกบการสรางแบบจ าลองการท านายผล (Predictive Models) อยางไรกตามผ วเคราะหตองใสใจตอการเลอกตวแปรทเหมาะสมและมความสมพนธกนภายในกลมตวอยาง ผลลพธจากการวเคราะหขอมลแบบจดกลมคอ กลมขอมลทถกสงเกตวามลกษณะรวมกน อลกอรทม K-Means Clustering เปนอลกอรทมเพอการจดกลมขอมลทไดรบความนยมมากแบบหนง โดย K-Means Clustering นนอาศยเทคนคการจดกลมดวยการแบงขอมล [24] อลกอรทมนจะเรมตนดวยการแบงขอมลออกเปน K กลมจากนนค านวณคากงกลางของแตละกลม (คา Mean) เพอใชเปนคาอางองส าหรบการวดระยะหางระหวางขอมลแตละตวแบบกลมทง K กลม ขอมลจะถกจดเขาอยกลมทใกลทสด กระบวนการจะด าเนนไปจนกระทงขอมลทงหมดไมมการเปลยนกลมอกตอไป ในการวเคราะหขอมลโดยการแบงกลมนนสามารถท าไดหลายวธ แตวาทกวธนนจะมขนตอนพนฐานหนงทตองท าเหมอนกนนนคอการวดระยะหางของขอมล (Distance Measures) ระหวางขอมลทท าการสงเกตกบคากลางของกลมขอมล ซงการวดระยะทางทเลอกใชในงานวจยน ไดแกการวดระยะทางแบบ Euclidean Euclidean Distance เปนการวดระยะหางระหวางจดสองจด เชน จด p และจด q ใน Cartesian Coordinates ถาม p = (p1, p2, …, pn) และ q = (q1, q2, …, qn) เปนจดสองจดใน Euclidean n-space ระยะระหวาง p ไปจนถง q หรอ q ไปจนถง p จะเทากบ

2 2 2 2

1 1 2 2

1

, , ...n

n n i i

i

d p q d q p q p q p q p q p

(2-1)

24

โดยท ,d p q = ระยะทางจาก p ไปจนถงq ,d q p = ระยะทางจากq ไปจนถง p n = จ านวนมตของขอมล 2.6 ซพพอรตเวกเตอรแมชชน ซพพอรตเวคเตอรแมชชน (Support Vector Machine, SVM) จดเปนการเรยนรของเครองประเภทแบบการเรยนรโดยอาศยตวอยางประเภทหนง ซงมความสามารถในการจดหมวดหม และการท านาย (Regression) โดยซพพอรตเวคเตอรแมชชนพนฐานจะมการค านวณแบบเชงเสน (Linear) ซงจดอยในประเภทมงหาผลลพธทดทสดของการเรยนร (Discriminative Training) บนการเรยนรจากสถตของขอมล ซงท างานโดยการหาระยะขอบทมากทสด (Maximum Margin) ของระนาบตดสนใจ (Decision Hyperplane) ในการแบงแยกกลมขอมลทใชฝกฝนออกจากกน วธการนมชอเรยกอกชอหนงวา จดหมวดหมโดยคาระยะขอบทมากทสด (Maximum Margin Classifier) [24] 2.6.1 หลกการท างานของซพพอรตเวคเตอรแมชชน ขอมลจะถกเขยนในรปสมาชกคอนดบดงน

1 1 1 1 1 1, , , , , ,...., ,n nx c x c x c x c (2-2) เมอ ic มคาเปน 1 หรอ -1 ซงก าหนดใหเปนขอมลแบงกลมของขอมล ix ทมคา

ic เปน 1 และ ix ทมคา ic เปน -1 โดยทแตละ ix เปนคาขอมลมตของเวกเตอรจรง เมอก าหนดใหขอมลนเปนขอมลส าหรบฝกฝน ซงหมายความวาการแบงกลมของขอมลนมความถกตอง ดงนนเสนแบงกลมขอมลทถกสรางขนเปนสมการเสนตรงทวไปคอ y mx b โดยในทนจะแทน m ดวย Tw เพอก าหนดเปนสมการ (2-3)

. 0Tw x b (2-3) เมอ Tw คอ เวกเตอรตงฉากของคาความชน m ของเสนแบง b คอ คาคงททไดจากคาของแกน y ของแตละขอมล x

25

ในทางอดมคตเสนแบงกลมทดทสดคอเสนแบงกลมทท าใหมระยะขอบ (Margin) มากทสดของเสนคขนานทขยายออกจากเสนแบงไปสมผสจดขอมลทงสองกลมทใกลทสด หรอกลาวไดวาเปนเสนแบงทมระยะขอบกวางทสด เรยกจดขอมลอยางนอยหนงจดจากทงสองกลมทสมผสกบเสนขนานทขยายออกไดมากทสดวา ซพพอรตเวคเตอร โดยคาของเสนขอบทงสองทใชแบงกลมขอมลเปนสองกลมค านวณไดจากสมการ (2-4) และสมการ (2-5)

. 1Tw x b (2-4)

. 1Tw x b (2-5) เมอขอมลทใชฝกฝนเปนขอมลทสามารถแบงกลมไดดวยเสนตรงใดๆ ระยะทกวางทสดของไฮเปอรแพลน (Hyper Plane) ทงสองทขยายออกไปจนกวาจะพบจดขอมลของทงสองกลมคอ 2 / w โดย คา w มคานอยทสด คาขอมลแตละ ix จดจ าแนกอยในกลมใดสามารถพจารณาไดจากเงอนไขดงน ถา . 1Tw x b แสดงวา ix เปนกลมท 1 และถา . 1Tw x b แสดงวา ix

เปนกลมท 2

ในการคดแยกจดขอมลใด ๆ ทน ามาฝกฝนเพอกรองวาเปนกลม 1 สามารถตรวจสอบ ไดจากสมการท (2-5)

1i ic w x b เมอ 1 i n (2-6) ดงนนสามารถเขยนเปนรปสนเพอหาระยะขอบทนอยทสด โดยทสามารถค านวณการแบงกลมไดดงสมการท (2-7)

,w bMinimize w โดยตรวจสอบ 1i ic w x b เมอ 1 i n (2-7) 2.6.2 ซพพอรตเวคเตอรแมชชนกบขอมลแบบไมเชงเสน พนฐานของซพพอรตเวคเตอรแมชชนเรมใชในการคดแยกกลมขอมลในลกษณะเชงเสน (Linear Classifier) แตในบางครงขอมลจรงอาจจะมคณลกษณะทไมเปนเชงเสน เพอแกปญหาดงกลาวจงมวธจ าลองขอมลโดยเพมมตของขอมล (Higher Dimensional) มากขน เชน ขอมลเดมมขนาด 2 มต คอ แกน x และแกน y จะจ าลองมตทสามขนมา เพอเปนการยกขอมลใหไปอยบนโครงผวทสรางขน หลงจากนนจงค านวณหาเสนระนาบใดๆ ทสามารถใชแบงขอมลผวเปนสองกลม จากนนจงท าการลดมตกลบไปเปน 2 มต สงทไดคอขอบเขตของการแบงขอมลออกเปนสองกลม ฟงกชนทใชในการค านวณเพอเพมเตมมตขงขอมลเรยกวา ฟงกชนแกน (Kernel Function)

26

เมอขอมลแตละ ix ถกค านวณใหมมตสงขนดวยฟงกชนแกน จากสมการท (2-6) สามารถเขยนใหมเปนสมการท (2-8)

,w bMinimize w โดยตรวจสอบ 1ic w x b เมอ 1 i n (2-8) ก าหนดผลของฟงกชนแกน ',k x x ใหเปนบวกเพอใชยกขอมลใหอยในมตทสงกวาซงค านวณไดจากอนเนอรโปรดกทของพนทคณลกษณะ (Feature Space) ดงสมการ (2-9)

' ',k x x x x (2-9) สมการ (2-9) สามารถเขยนใหมในรปของการรวมฟงกชนแกน ดงสมการท (2-10)

,w bMinimize w โดยตรวจสอบ ', 1ic w k x x b เมอ 1 i n (2-10)

โดยทฟงกชนแกนพนฐาน ทใชในการเพมมตขอมลส าหรบประมวลผลขอมลแสดงดงตารางท 2-2> ตารางท 2-2 ฟงกชนแกนพนฐานส าหรบซพพอรตเวคเตอรแมชชน ชนดของฟงกชน รปสมการ Linear ' ', Tk x x x x Polynomial ' ', , 0

dTk x x x x r

Radius Basic Function 2' ', exp , 0k x x x x

Sigmoid ' ', tanh Tk x x x x r

โดยท , r และ d เปนพารามเตอรของฟงกชนแกน ดงนนสมการพนฐานของซพพอรตเวคเตอรแมชชนเมอรวมฟงกชนการค านวณเพมมตและการก าหนดเวกเตอรอนโลมเขาดวยกนสามารถเขยนใหมไดดงสมการ (2-11)

, 1

n

w b iiminimize w C

(2-11)

27

โดยตรวจสอบ ', 1ic w k x x b

0i

0C เมอ 1 i n 2.6.3 การใชซพพอรตเวคเตอรแมชชนคดแยกขอมลมากกวาสองกลม (Multiclass Classification) ซพพอรตเวคเตอรแมชชนม พนฐานการคดแยกแบบสองกลม (Binary Classification) ดวยการสรางระนาบตดสนใจ ส าหรบการประยกตใชซพพอรตเวคเตอรแมชชนในการคดแยกกลมขอมลมากกวาสองกลมท าไดโดยการเปรยบเทยบคด แยกทละค ๆ หลงจากนนจงหาขอสรปเพอคดแยกวาแตละขอมลอยกลมใด วธทนยมประยกตใชม 2 วธ คอ การคดแยกทละหนงเปรยบเทยบกบสวนทเหลอทงหมด (One-against-The Rest) และ การคดแยกทละหนงตอหนง (One-against-One) โดยรายละเอยดแตละวธมดงน 1. วธการคดแยกทละหนงเปรยบเทยบกบสวนทเหลอทงหมด หรอบางครงเรยกวา One-against-All เปนการเลอกกลมใด ๆ มาเปรยบเทยบกบกลมอน ๆ ทละคจนครบทกกลม เมอมจ านวนกลมเทากบ k กลม วธการนจะท าการเรยนรการคดแยกแบบสองกลมจ านวน k รอบ โดยการเปรยบเทยบวนกลมทเลอกกบกลมทเหลอ แสดงตวอยางดงตารางท 2-3 ตารางท 2-3 การเปรยบเทยบแบงกลมแบบการคดแยกทละหนงเปรยบเทยบกบสวนทเหลอทงหมด กลมทเลอก กลมทเหลอ 1 เปรยบเทยบกบ 2 จนถงกลมท k 2 เปรยบเทยบกบ 1, 3 จนถงกลมท k 3 เปรยบเทยบกบ 1, 2, 4 จนถงกลมท k

k เปรยบเทยบกบ 1 จนถงกลมท (k-1) การเปรยบเทยบวนทละกลมแบบนท าใหไดฟงกชนตดสนใจในการแบงกลมจ านวน k ฟงกชน คอ

1

1

T

W x b

2

2

T

W x b

28

Tk

kW x b ในการตดสนใจแบงขอมลออกเปนกลมใด ใชวธการคดกรองกลมทเหลอออก ยกตวอยาง เชนในการตดสนใจแบงขอมลเปนกลมท 1 จากจ านวน k กลม มการคดกรองกลมทเหลอออกคอ กลมท 2 จนถงกลมท k ดวยฟงกชนตดสนใจดงน

1

1 1T

W x b

2

2 1T

W x b

1

Tk

kW x b ผลทไดคอการคดแยกขอมลออกเปนกลมตางๆ ตามลกษณะฟงกชนตดสนใจทสรางขนใน แตละรอบ 2. วธการคดแยกทละหนงตอหนง เปนการเปรยบเทยบกลมขอมลจ านวน k กลมดวยการ เปรยบเทยบเพอคดแยกแบบสองกลมทละคแบบไมซ ากนจนครบทกกลม ตวอยางเชน

1,2 , 1,3 , 1,4 ,..., 1,k 2,3 , 2,4 ,..., 2,k

3,4 ,..., 2,k 1,k k

โดยจ านวนครงในการเปรยบเทยบของการเรยนรเทากบ 1 / 2k k ครง ดงนน ฟงกชน ตดสนใจมจ านวน 1 / 2k k ฟงกชน เชนกน ตวอยางเชน หากมจ านวนกลม 4 กลม จ านวนฟงกชน ตดสนใจเทากบ 4 4 1 / 2 6 ฟงกชน แสดงตวอยางดงตารางท 2-4

29

ตารางท 2-4 ตวอยางฟงกชนตดสนใจของวธการคดแยกทละหนงตอหนง 1iy 1iy ฟงกชนตดสนใจ

กลม 1 กลม 2 12 12 12T

f x w x b กลม 1 กลม 3 13 13 13

T

f x w x b กลม 1 กลม 4 14 14 14

T

f x w x b กลม 2 กลม 3 23 23 23

T

f x w x b กลม 2 กลม 4 24 24 24

T

f x w x b กลม 3 กลม 4 34 34 34

T

f x w x b

ในการตดสนวาขอมลทคดแยกอยกลมใด ใชวธพจารณาผลการโหวตสงสดจากการเปรยบเทยบทละค โดยแตละกลมมโอกาสเปรยบเทยบ จ านวน k-1 ครงเทา ๆ กน ยกตวอยางเชน ตารางท 2-5 ตารางท 2-5 ตวอยางผลการเปรยบเทยบทละคแบบไมซ ากน

คเปรยบเทยบ ผลการเปรยบเทยบ กลม 1 กลม 2 กลม 1 กลม 1 กลม 3 กลม 1 กลม 1 กลม 4 กลม 1 กลม 2 กลม 3 กลม 2 กลม 2 กลม 4 กลม 4 กลม 3 กลม 4 กลม 3 รวมผลเปรยบเทยบแลวน ามาพจารณาตดสนใจเลอกกลม ตวอยางดงตารางท 2-6 ดงนนการแบงกลม ครงนจงถกจดใหเปนกลมท 1 ดวยผลรวมการเปรยบเทยบทละค สงสดคอ 3 ครง ตารางท 2-6 ผลการตดสนใจเลอกกลมของการคดแยก กลม 1 กลม 2 กลม 3 กลม 4 ผลรวมการเปรยบเทยบ 3 1 1 1

30

2.6 การวดประสทธภาพ 2.6.1 ครอสวาลเดชน (Cross Validation) การตรวจสอบความถกตองของการเรยนร สามารถสงเกตไดจากคาความแมนย าหรอคาความผดพลาดทไดจากการท าครอสวาลเดชน (Cross Validation) ซงการท าครอสวาลเดชนมรปแบบการทดลองเพอประเมนหลายวธดงน

1. การเลอกสมขอมลแบบรอยละ (Percentage) จะเลอกสมขอมลชดสอนตามรอยละทก าหนด ส าหรบขอมลทเหลอจะเปนขอมลชดทดสอบ ดงภาพประกอบท 2-3 ขอดของการเลอกสมขอมลแบบรอยละคอเปนวธการเลอกสมขอมลทงาย แตขอเสยคอขอมลทกตวไมไดถกน ามาเปนขอมลชดสอนและชดทดสอบ

ภาพประกอบท 2-3 การเลอกสมขอมลแบบรอยละ

2. เลอกสมขอมลแบบความเทยงตรง K กลม (K-Fold Cross Validation)

ภาพประกอบท 2-4 การเลอกสมขอมลแบบความเทยงตรง K กลม เมอ K = 4

Total number of examples

Training Set Testing Set

Training Set Testing Set

Total number of examples

Experiment 1

Experiment 2

Experiment 3

Experiment 4

31

จากภาพประกอบท 2-4 จะเลอกสมขอมลออกเปน K ชดเทากน ในการทดลองครงแรกขอมลชดท 1 เปนขอมลชดทดสอบ และขอมลชดทเหลอเปนขอมลชดสอน ในการทดลองครงแรกขอมลชดท 2 เปนขอมลชดทดสอบ และขอมลชดทเหลอเปนขอมลชดสอน ท าจนกระทงขอมลทกชดไดถกน ามาเปนขอมลชดทดสอบ ซงมการทดลองทงหมด K ครง ตวอยางการเลอกสมขอมลแบบ K กลม เมอ K = 5 ขอดของการเลอกสมขอมลแบบความเทยงตรง K กลม คอขอมลทกตวจะถกน ามาเปนขอมลชดสอนและขอมลชดทดสอบ แตขอเสยคอใชเวลานานในการทดลองเนองจากตองทดลองขอมลทงหมด K ครง

3. เลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out Cross Validation คอการสมขอมลแบบความเทยงตรง K กลม เมอก าหนดให K มคาเทากบจ านวนแถวขอมลทงหมด (N) ดงภาพประกอบท 2-5 ขอดของการเลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out Cross Validation คอเหมาะส าหรบขอมลขนาดเลก แตขอเสยคอไมเหมาะส าหรบขอมลขนาดใหญเนองจากตองทดลองหลายครง ท าใหใชเวลาในการทดลองนาน

ภาพประกอบท 2-5 การเลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out Cross Validation

Training Set

Total number of examples

Experiment 1

Experiment 2

Experiment 3

Experiment 4

Testing Set

32

2.6.2 คอนฟวชนเมทรกซ (Confusion Matrix) คอนฟวชนเมทรกซ (Confusion Matrix) คอการประเมนผลลพธการท านายของโมเดล หรอผลลพธจากโปรแกรมเปรยบเทยบกบผลลพธจรงๆ หรอจากผลเฉลยททราบคาแทจรงอยกอนแลว การประเมนผลลพธการท านายของโมเดล สามารถวดจากผลลพธการจดกลมขอมล (Classification) คาของผลลพธทไดจากการจดกลมคอ คา True Positive (TP), คา True Negative (TN) , คา False Positive (FP) , และ คา False Negative (FN) ตามล าดบ แสดงดงตารางท 2-7 ตารางท 2-7 คอนฟวชนเมทรกซ (Confusion Matrix) แบบ 2 กลม

คาทแทจรง (Actual Class)

คาทท านายได (Predicted Class) Class YES Class NO

Class YES True Positive (TP) False Negative (FN) Class NO False Positive (FP) True Negative (TN)

คาทไดจาการท านาย (Prediction) ในตารางท 2-7 อธบายรายละเอยดไดดงน

1) คา True Positive (TP) คอ คาทบอกความถกตองในการจ าแนกขอมลซงมคาทแทจรงอยใน Class YES และมการท านายวาอยใน Class YES (ท านายถกตอง)

2) คา False Negative (FN) คอ คาทบอกความถกตองในการจ าแนกขอมลซงมคาแทจรงอยใน Class YES และมการท านายวาอยใน Class NO (ท านายผด)

3) คา False Positive (FP) คอ คาทบอกความถกตองในการจ าแนกขอมลซงมคาแทจรงอยใน Class NO และมการท านายวาอยใน Class Yes (ท านายผด)

4) คา True Negative (TN) คอ คาทบอกความถกตองในการจ าแนกขอมลซงมคาแทจรงอยใน Class NO และมการท านายวาอยใน Class NO (ท านายถกตอง)

33

บทท 3

วธด ำเนนกำร

บทนจะกลาวถงวธด าเนนการในการท าวทยานพนธ ซงประกอบไปดวยขนตอนหลกทงหมดทใชในการวเคราะหสญญาณเสยงกรน ไดแกขนตอนการเกบขอมลสญญาณเสยงกรน (Data Recording), การประมวลผลสญญาณเบองตน (Data Preprocessing), การจดกลมขอมล (Data Clustering), การสรางคณลกษณะ (Features Reconstruction), การจ าแนกประเภท (Classification), และการประเมนประสทธภาพอลกอรทม (Performance Evaluation) พรอมทงไดแสดงรายละเอยดของวธด าเนนการในแตละขนตอน

ภาพประกอบท 3-1 ล าดบขนตอนของอลกอรทมทใชในการวเคราะห ระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ

Features Reconstruction

Data Recording

Data Clustering

Performance Evaluation

Classification

Data Preprocessing

34

ภาพประกอบท 3-1 แสดงล าดบขนตอนการท างานของอลกอรทมทใชในการวเคราะหระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ ซงเรมตนจากการเกบขอมลดวยวธการบนทกสญญาณเสยงกรนจากกลมผทดสอบทเขารบการตรวจสภาพการนอนหลบ ณ ศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน โรงพยาบาลสงขลานครนทร น าสญญาณเสยงกรนทบนทกไดท งหมดผานกระบวนการก าจดสญญาณรบกวนและการแปลงฟเรยรแบบเรวในขนตอนการประมวลผลสญญาณเบองตน ซงจะไดผลลพธออกมาเปนสเปคตรมความถ และเขาสขนตอนการจดกลมขอมลเพอแบงขอมลสเปคตรมความถออกเปนกลมขอมลขนาดเลกโดยใชเทคนคการจดกลมขอมลเคมน จากนนเขาสขนตอนการสรางคณลกษณะเพอสรางคณลกษณะใหม เพอเปนอนพทใหกบเทคนคซพพอรทเวกเตอรแมชชนเพอจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบในขนตอนการจ าแนกประเภท และไดท าการประเมนประสทธภาพของอลกอรทมโดยแสดงผลในรปแบบ Confusion Matrix โดยรายละเอยดของขนตอนตางๆทไดกลาวมาแลวมดงตอไปน 3.1 กำรเกบขอมลสญญำณเสยงกรน (Data Recording) ขอมลสญญาณเสยงกรนจากกลมผทดสอบทงหมดส าหรบวทยานพนธนผานการเสนอเพอขอรบการพจารณาจรยธรรมการวจยในมนษย ไดผานการรบรองจากคณะกรรมการจรยธรรมการวจยในมนษยคณะแพทยศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร โดยยดหลกเกณฑตามประกาศ เฮลซงก (Declaration of Helsinki) และแนวทางการปฏบตการวจยทางคลนกทด (The International Conference on Harmonization in Good Clinical Practice, ICH-GCP) รหสโครงการ 58-042-19-9 ขอมลสญญาณเสยงกรนมาจากกลมผทดสอบทงหมดจ านวน 33 คน ทเขารบการตรวจสภาพการนอนหลบ ณ ศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน โรงพยาบาลสงขลานครนทร การบนทกสญญาณเสยงกรนกระท าในหองปฏบตการตรวจสภาพการนอนหลบ (Sleep Lab) ขนาดของหองกวาง 3 เมตร และยาว 4 เมตร ผทดลองไดเลอกวธการบนทกสญญาณเสยงกรนดวยไมโครโฟนขนาดเลก ท าการตดตงไมโครโฟนบรเวณเหนอศรษะของผทดสอบดวยวธการใชเทปกาวยดตดไมโครโฟนกบหวเตยง แสดงดงภาพประกอบท 3-2 เชอมตอไมโครโฟนเขากบระบบคอมพวเตอรภายนอกหอง เพอเกบบนทกไฟลในขอมลรปแบบ .wav ด าเนนการบนทกสญญาณเสยงกรนจากผเขารบการทดสอบไปพรอมกนขณะเขารบการตรวจสภาพการนอนหลบแบบมาตรฐาน Polysomnography ตลอดทงคนของการนอนหลบ แสดงดงภาพประกอบท 3-3

35

(ก) (ข) ภาพประกอบท 3-2 การบนทกสญญาณเสยงกรนในหองปฏบตการตรวจสภาพการนอนหลบ,

(ก) ต าแหนงการตดตงไมโครโฟน, (ข) การใชเทปกาวยดไมโครโฟนตดกบหวเตยง

ภาพประกอบท 3-3 การบนทกสญญาณเสยงกรนจากผเขารบการทดสอบขณะ เขารบการตรวจสภาพการนอนหลบแบบมาตรฐานในหองทดสอบการนอนหลบ

กลมผทดสอบทเขารบการบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน จ านวน 33 คน ประกอบดวยเพศชายจ านวน 18 คน และเพศหญงจ านวน 15 คน ผลการวนจฉยกลมผทดสอบทงหมดพบวา ผเขารบการทดสอบจ านวน 5 คนไดรบการวนจฉยวามการกรนแบบปกต (Non-OSA) ผเขารบการทดสอบจ านวน 10 คนไดรบการวนจฉยวามภาวะหยดหายใจขณะหลบอยในระดบรนแรงนอย (Mild OSA) ผเขารบการทดสอบจ านวน 7 คนไดรบการวนจฉยวามภาวะหยดหายใจขณะหลบอยในระดบรนแรงปานกลาง (Moderate OSA) และผเขารบการทดสอบจ านวน 11 คนไดรบการวนจฉยวามภาวะหยดหายใจขณะหลบอยในระดบรนแรงมาก (Severe OSA) ซง

36

จ านวนผทดสอบ เพศ อาย คาดชนมวลกาย (Body Mass Index, BMI) และ AHI ของกลมผเขารบการทดสอบทง 4 ระดบ แสดงดงตารางท 3-1 ถง 3-5 ตารางท 3-1 อาย, คาดชนมวลกาย และ AHI ของกลมผเขารบการทดสอบทง 4 ระดบ Class Number of snorers Age(yr.) BMI(kg/m2) AHI(h-1) Non-OSA 5 52.2 ± 11.9 27.2 ± 4.1 2.8 ± 1.1 Mild OSA 10 41.3 ± 13.5 29.2 ± 7.7 9.9 ± 3.4 Moderate OSA 7 48.9 ± 8.9 24.8 ± 3.9 24.6 ± 3.9 Severe OSA 11 41.7 ± 10.1 34.2 ± 8.1 67.2 ± 29.8 ตารางท 3-2 กลมผทดสอบทมการกรนแบบปกต (Non-OSA) No. Sex Age(yr.) BMI(kg/m2) AHI(h-1) 1. ชาย 52 21.1 1.6 2. ชาย 40 26.1 2.5 3. หญง 61 30.7 2.6 4. ชาย 67 26.2 3.1 5. หญง 52 21.1 4.6 ตารางท 3-3 กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย (Mild OSA) No. Sex Age(yr.) BMI(kg/m2) AHI(h-1) 1. หญง 49 29.5 5.2 2. หญง 29 22.6 7.1 3. หญง 37 43.8 7.4 4. ชาย 29 28.7 7.4 5. หญง 54 35.6 9.3 6. หญง 54 27.1 9.9 7. ชาย 35 20.1 10.1 8. หญง 22 38.2 13.2 9. หญง 40 24.3 14.9 10. หญง 64 22.6 15

37

ตารางท 3-4 กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลาง (Moderate OSA) No. Sex Age(yr.) BMI(kg/m2) AHI(h-1) 1. หญง 53 21.7 19.7 2. ชาย 55 25.2 20.2 3. ชาย 53 19.5 22 4. หญง 51 26.6 26.1 5. หญง 52 23.1 26.6 6. ชาย 29 26.2 27.8 7. หญง 49 31.5 29.6 ตารางท 3-5 กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก (Severe OSA) No. Sex Age(yr.) BMI(kg/m2) AHI(h-1) 1. หญง 63 39.2 35 2. ชาย 39 25.9 39.7 3. ชาย 32 25.8 38.4 4. ชาย 46 30.8 50 5. หญง 42 30.5 50 6. ชาย 27 42.6 65 7. ชาย 40 27.8 65.4 8. ชาย 44 25.4 70.7 9. หญง 48 36.6 90.1 10. หญง 48 46.7 111.6 11. ชาย 30 44.9 123.5

38

3.2 กำรประมวลผลสญญำณเบองตน (Data Preprocessing) 3.2.1 การก าจดสญญาณรบกวน (Filtering) โดยทวไปแลวสญญาณเสยงกรนทบนทกได จะประกอบดวยสญญาณเสยงรบกวนชนดตางๆทรวมกนอย เชน เสยงรบกวนจากการเปดปดประต , เสยงรบกวนจากเครองปรบอากาศ, เสยงรบกวนทเกดจากเตยงและผาหม เนองจากระหวางนอนหลบผปวยมการพลกตว จงทาใหเกดเสยงรบกวนขน เปนตน ซงสญญาณตางๆเหลานเปนสงรบกวนทจะท าใหผลการวเคราะหเกดความผดพลาดได ผวจยการไดก าจดหรอแยกสงรบกวนเหลานออกไปกอน โดยน าสญญาณเสยงกรนทบนทกไดมาผานวงจรกรองความถสงผาน (High Pass Filter) ก าหนดความถ cut off เทากบ 10 HZ และกรองความถต าผาน(Low Pass Filter) ก าหนดความถ cut off เทากบ 1,500 HZ 3.2.2 การแปลงแบบฟเรยรแบบเรว (Fast Fourier Transformation; FFT) ในการวเคราะหสญญาณเสยงกรนเบองตน วธทผวจยใชในการวเคราะหคาความถฟอรแมนทของเสยงกรน คอการแปลงแบบฟเรยรแบบเรว (Fast Fourier Transformation, FFT) ซงเปนอกวธการหนงทนยมใชอยางแพรหลายในปจจบน หลกการของการแปลงแบบฟเรยรแบบเรว คอการแปลงคาสญญาณเสยงกรนในรปของเวลา (t) ไปเปนความถ (f) และระบวาขอมลมคลนความถอะไรบางทเกดขน ณ เวลานน ซงจะท าใหสามารถน าความถของสญญาณเสยงกรนไปวเคราะหได โดยสมการทใชในการวเคราะหสญญาณดวยการแปลงฟเรยรแบบเรว แสดงดงสมการท (3-1) เมอ Y k คอชดแถวของสญญาณทไดจากการแปลงฟเรยร โดยท N คอ จ านวนขอมลในการแปลงฟเรยรและ k มคาตงแต 0 จนถงจานวน N-1

1 2 /

0

N j kn N

nnY k x e

(3-1)

0,1,2,..., 1n N ก าหนดใหคาทอยระหวาง Y k ทางดานแกน x (Frequency Resolution) คอ

/sF f N โดยท sf คอ อตราสม (Sampling Rate) ของสญญาณ

39

3.2.3 เลอก 90 % ของคณลกษณะ เนองจากจ านวนคณลกษณะของสญญาณเสยงกรนแตละสญญาณเสยงเสยงอาจไมเทากนได แสดงดงตารางท 3-6 คณลกษณะของเสยง 2 เสยงเมอแปลงความถแลวไดขอมลดงน ตารางท 3-6 ขอมลคณลกษณะของสญญาณเสยงกรน 2 เสยงหลงการแปลงแบบฟเรยรแบบเรว Sound 1 80 250 300 400 500 560 660 1100 1300 1500 Sound 2 50 360 760 800 1200 1500 ตารางท 3-6 ขอมลคณลกษณะของสญญาณเสยงกรน 2 เสยงหลงการแปลงแบบฟเรยรแบบเรว จะเหนวาถงแมจะน าสญญาณเสยงกรนทบนทกไดผานวงจรกรองความถต าผาน(Low Pass Filter) ก าหนดความถ cut off เทากบ 1,500 เหมอนกนทงค แตจ านวนทเหลออยของจ านวนคณลกษณะไมเทากน ดงนนจงจ าเปนตองเตมเตมขอมลใหจ านวนคณลกษณะของทกสญญาณเสยงกรนมจ านวนขอมลเทากน โดยขอมลทเตมเขาไปไดจากการสมคาซงอยในชวง K โดย K ค านวณจากสมการ (3-2)

1.8K X SD (3-2) โดย X คอ คาเฉลยของขอมลของทกแถวในคอลมนนนๆ SD คอ คาเบยงเบนมาตรฐาน 3.3 กำรจดกลมขอมล (Data Clustering) น าคณลกษณะทไดจากขอ 3.2.3 ไปเขาสขนตอนการจดกลมขอมลโดยใชเทคนค K-mean clusterในงานวจยนโดยจะเรมตนดวยการทดสอบแบงขอมลคณลกษณะออกเปน 100 300 500 และ 1,500 กลมจากนนค านวณคากงกลางของแตละกลม เพอใชเปนคาอางองส าหรบการวดระยะหางระหวางขอมลแตละตวแบบกลมทกกลม พบวาการทดสอบแบงขอมลคณลกษณะออกเปน 500 เปนจ านวนทดทสดทไดจากการทดลอง ซงการวดระยะทางทเลอกใชในงานวจยน ไดแกการวดระยะทางแบบ Euclidean ขอมลคณลกษณะจะถกจด เขาอยก ลมทใกลทสด กระบวนการจะด าเนนไปจนกระทงขอมลทงหมดไมมการเปลยนกลมอกตอไปและท าการบนทกต าแหนงกงกลางของแตละกลมเอาไว เพอน าไปใชในการสรางคณลกษณะใหม

40

3.4 กำรสรำงคณลกษณะใหม (Features Reconstruction)

ภาพประกอบท 3-2 การสรางคณลกษณะใหม

ในขนตอนการสรางคณลกษณะใหม ผวจยไดท าการเพอสรางคณลกษณะใหม เพอเปนอนพทใหกบเทคนคซพพอรทเวกเตอรแมชชนในการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะ โดยใชต าแหนงกงกลางของแตละกลมทไดบนทกไวในขนตอนการจดกลมขอมลมาท าการเปรยบเทยบกบสเปคตรมความถของสญญาณเสยงกรนทตองการทดสอบ จากนนนบจ านวนคณลกษณะในแตละกลม ซงจากภาพประกอบท 3-1 จะไดผลดงแสดงในตารางท 3-2 ตารางท 3-2 จ านวนคณลกษณะในแตละกลม

กลมท 1 กลมท 2 กลมท 3 5 4 6

จากตารางท 3-2 แสดงจ านวนคณลกษณะในแตละกลม จะพบวาไมวาจ านวนคณลกษณะเดมของสญญาณเสยงจะมเทาไร แตเมอผานกระบวนการสรางคณลกษณะใหมแลวจะไดจ านวนคณลกษณะเทากบจ านวนกลมเสมอ ซงผวจยก าหนดไว 500 กลม และจะใชคณลกษณะใหมในการสอนและทดสอบระบบ

41

3.5 กำรจ ำแนกประเภท (Classification) จากการเปรยบเทยบการท างานของทงสองวธในการคดแยกขอมลมากกวาสองกลมโดยใชซพพอรตเวคเตอรแมชชน พบวาผลทไดมความถกตองใกลเคยงกน แตวธการคดแยกทละหนงตอหนงใชเวลาในการประมวลผลนอยกวาเพราะฉะนนวธการคดแยกทละหนงตอหนงจะใชเวลาในการประมวลผลนอยกวาวธการคดแยกทละหนงเปรยบเทยบกบสวนทเหลอทงหมดดงนนในงานวจยนจงเลอกซพพอรตเวคเตอรแมชชนทมความสามารถคดแยกขอมลมากกวาสองกลม โดยใชวธการเปรยบเทยบแบบวธการคดแยกทละหนงตอหนง ซงมการประมวลผลทเรวกวาในขณะท ประสทธภาพของทงสองวธไมแตกตางกน 3.4 กำรประเมนประสทธภำพอลกอรทม หลงจากขนตอนการจ าแนกประเภทขนตอนตอไปคอการประเมนผลอลกอรทมเพอตรวจสอบประสทธภาพในการท างานอลกอรทม ในส าหรบงานวจยนผวจยไดท าการตรวจสอบกบ สญญาณเสยงกรนจากผทดสอบจ านวน 33 คน จากศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน โรงพยาบาลสงขลานครนทร เปรยบเทยบผลการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบกบวธการตรวจสภาพการนอนหลบมาตรฐาน Polysomnography ผวจยท าการตรวจสอบความถกตองของการเรยนรเลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out เนองจากกลมขอมลมขนาดเลกและใชคอนฟวชนเมทรกซแบบ 4 กลมในการประเมนความสามารถของอลกอรทมในการแยกแยะระหวางการจ าแนกระดบความรนแรงทถกตองและไมถกตอง

42

125

0 Am

plitud

e (µV

olts)

เวลา (วนาท)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

บทท 4

ผลการวจย

ในบทนจะกลาวถงผลการประมวลสญญาณเบองตน ผลการจดกลมขอมล และผลการประเมนประสทธภาพอลกอรทม ซงมรายละเอยดดงตอไปน 4.1 ผลการการประมวลผลสญญาณเบองตน (Data Preprocessing) 4.1.1 ผลการก าจดสญญาณรบกวน

(ก)

(ข)

ภาพประกอบท 4-1 ผลการก าจดสญญาณรบกวน (ก) ตวอยางผลการก าจดสญญาณรบกวนของเสยงกรนความยาว 20 วนาทจากผทดสอบคนท 1, (ข) ตวอยางผลการก าจดสญญาณรบกวนของเสยงกรนความยาว 20 วนาทของผทดสอบคนท 2

125

0 Am

plitud

e (µV

olts)

เวลา (วนาท)

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20

OSA episode

OSA episode

43

4.1.2 ผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรว (Fast Fourier Transformation; FFT) วตถประสงคของการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวเพอการคดแยกเสยงกรนโดยวเคราะหจากความถฟอรแมนทและสามารถแสดงถงความแตกตางของความถฟอรแมนทระหวางเสยงกรนปกตกบเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยและทราบถงผลกระทบจากความผดปกตของผปวยทสงผลตอความผดเพยนของความถฟอรแมนท 4.1.2.1 ผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนปกต

(ก) (ข)

(ค) (ง) ภาพประกอบท 4-2 ผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนปกต

(ก) ตวอยางผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนปกตผทดสอบคนท 1, (ข) ตวอยางผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนปกตผทดสอบคนท 2, (ค) ตวอยางผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนปกตผทดสอบคนท 3, (ง) ตวอยางผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนปกตผทดสอบคนท 4

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.5

1

1.5 X10-3

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.4

0.8

1.2 X10-3

0.2

0.6

1

0 500 1000 1500

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.5

1.5

2.5 X10-3

1

2

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

1.5

2.5

3.5 X10-3

0.5

2

3

1

0 500 1000 1500

44

4.1.2.2 ผลการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวของเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวย

(ก) (ข)

(ค) (ง) ภาพประกอบท 4-3 การแปลงแบบฟเรยรแบบเรวเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวย

(ก) ตวอยางการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยผทดสอบคนท 1, (ข) ตวอยางการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยผ ทดสอบคนท 2, (ค) ตวอยางการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยผทดสอบคนท 3, (ง) ตวอยางการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจ

ขณะหลบรวมดวยผทดสอบคนท 4 จากภาพประกอบท 4-2 และ 4-3 แสดงผลการการแปลงแบบฟเรยรแบบเรว หากวเคราะหถงความแตกตางของคาความถฟอรแมนทระหวางเสยงกรนปกตกบเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวย พบวาเสยงกรนปกตสวนใหญมคาของความถฟอรแมนทต ากวาเสยงกรน

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0 0.5

1

5 X10-4

1.5 2

2.5 3

3.5 4

4.5

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

1

6 X10-4

2

3

4

5

0 500 1000 1500

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

1

6 X10-4

2

3

4

5

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0 0.5

1

4

X10-4

1.5 2

2.5 3

3.5

4.5

0 500 1000 1500

45

ทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวย อกทงลกษณะความถฟอรแมนทของเสยงกรนปกตมรปแบบทสอดคลองกน สวนเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยนนรปแบบของความถฟอรแมนทจะมความไมเปนระเบยบสง 4.1.3 ผลการเลอก 90% ของสเปคตรมความถ 4.1.3.1 สเปคตรมความถของเสยงกรนปกตทมความเดน 90%

(ก) (ข)

(ค) (ง) ภาพประกอบท 4-4 สเปคตรมความถของเสยงกรนปกตทมความเดน 90%

(ก) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนปกตทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 1, (ข) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนปกตทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 2, (ค) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนปกตทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 3, (ง) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนปกตทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 4

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0 0.1 0.2

1 X10-3

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.2

1.2 X10-3

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.5

4 X10-4

1

2

3

1.5

2.5

3.5

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0 0.5

1

4

X10-4

1.5 2

2.5 3

3.5

4.5

0 500 1000 1500

46

4.1.3.2 สเปคตรมความถของเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยทมความเดน 90%

(ก) (ข)

(ค) (ง) ภาพประกอบท 4-5 สเปคตรมความถของเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวย

ทมความเดน 90% (ก) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 1, (ข) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 2, (ค) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนทมภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 3, (ง) ตวอยางสเปคตรมความถของเสยงกรนท

มภาวะหยดหายใจขณะหลบรวมดวยทมความเดน 90% ผทดสอบคนท 4

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.2

1 X10-3

0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9

0.3

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.2

1.2 X10-3

0.4

0.6

0.8

1

0 500 1000 1500

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0

0.5

4 X10-4

1

2

3

1.5

2.5

3.5

0 500 1000 1500 Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

0 0.5

1

4

X10-4

1.5 2

2.5 3

3.5

4.5

0 500 1000 1500

47

4.2 ผลการจดกลมขอมล (Data Clustering) ในขนตอนการจดกลมขอมล ดวยเทคนค K-Means Clustering งานวจยนใชจ านวนกลมขอมล 500 กลม ซงคอจ านวนทดทสดทไดจากการทดลองจากผทดสอบทงหมด 33 คนในงานวจยน หากใชกลมขอมลมากหรอใชนอยกวาน จ านวนขอมลจะถกแบงหยาบเกนไป หรอแบงละเอยดเกนไป ท าใหเมอน าไปวเคราะหจ าแนกประเภทจะเกดความผดพลาดสง ผลการจดกลมขอมลแสดงดงภาพประกอบท 4-6

ภาพประกอบท 4-6 การจดกลมขอมล ดวยเทคนค K-Means Clustering (K=500)

4.3 ผลการประเมนประสทธภาพอลกอรทม (Performance Evaluation) จากการศกษาวจยและทดสอบประสทธภาพของอลกอรทมทใชในงานวจยนพบวา ผลลพธของการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบออกเปน 4 ประเภท คอการกรนแบบปกต, ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย, ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลาง, และภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก ใหคาความถกตองอยท 60%, 70%, 57.14% และ 100% ตามล าดบ ซงคาความถกตองรวมทงระบบอยท 75.76% แสดงดงตารางท 4-1 ตารางท 4-1 แสดงผลการประเมนประสทธภาพของอลกอรทม พบวากลมผ ทดสอบทมการกรนแบบปกตทงหมด 5 คน จ าแนกระดบความรนแรงไดถกตองจ านวน 33 คน และถกจ าแนกประเภทเปนผทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย จ านวน 2 คน หากพจารณาเกณฑการแบงระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ เนองจากทางเดนหายใจอดกน

Number of cluster 500

Frequency (Hz)

Powe

r spe

ctrum

(Volt

s)

48

จากตารางท 2-1 พบวาทภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอยมคาเกณฑ AHI ต าสดเทากบ 5 ครงตอชวโมง ซงจากขอมลในตารางท 3-2 กลมผทดสอบทมการกรนแบบปกต พบวามผทดสอบจ านวน 2 คน มคา AHI เทากบ 3.1 และ 4.6 ครงตอชวโมง ตามล าดบ ซงมคาใกลเคยง 5 ดวยเหตนจงถกจ าแนกประเภทเปนภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย ตารางท 4-1 คอนฟวชนเมทรกซการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบดวยการเลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out

Actua

l clas

s

Classification class Non-OSA Mild OSA Moderate OSA Severe OSA Accuracy

Non-OSA 3 2 0 0 60.00% Mild OSA 2 7 1 0 70.00%

Moderate OSA 0 2 4 1 57.14% Severe OSA 0 0 0 11 100.00%

กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอยทงหมด 10 คน จ าแนกระดบความรนแรงไดถกตองจ านวน 7 คน ถกจ าแนกประเภทเปนผทมการกรนแบบปกต จ านวน 2 คน และผทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมากจ านวน 1 คน หากพจารณาเกณฑการแบงระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ เนองจากทางเดนหายใจอดกน จากตารางท 2-1 พบวาภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอยมคาเกณฑ AHI ต าสดเทากบ 5 ครงตอชวโมง และภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลางมคาเกณฑ AHI ต าสดเทากบ 16 ครงตอชวโมง ซงจากขอมลในตารางท 3-3 กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอยพบวาผทดสอบจ านวน 3 คน มคา AHI เทากบ 5.2, 14.9 และ 15 ครงตอชวโมง ตามล าดบซงคา AHI ดงกลาวเปนคาทใกลเคยงกบคาเกณฑ AHI ต าสดทใชแบงระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบดงกลาวขางตน ดวยเหตนผทดสอบทง 3 คนจงถกจ าแนกประเภทเปนผทมการกรนแบบปกตและผทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลางทงหมด 7 คน จ าแนกระดบความรนแรงไดถกตองจ านวน 4 คน ถกจ าแนกผดประเภทเปนผทมผทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย จ านวน 2 คน และผทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมากจ านวน 1 คน จากตารางท 2-1 พบวาภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลางมคาเกณฑ AHI ต าสดเทากบ 16 ครงตอชวโมง และภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมากมคา

49

เกณฑ AHI ต าสดเทากบ 31 ครงตอชวโมง ซงจากขอมลในตารางท 3-4 กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมากพบวาผทดสอบจ านวน 3 คน มคา AHI เทากบ 19.7, 27.8 และ 29.6 ครงตอชวโมงตามล าดบ ซงคา AHI ดงกลาวเปนคาทใกลเคยงกบคาเกณฑ AHI ต าสดทใชแบงระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบดงกลาวขางตน ดวยเหตนผทดสอบทง 3 คนจงถกจ าแนกประเภทเปนภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอยและระดบรนแรงมาก กลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมากทงหมด 11 คน จ าแนกระดบความรนแรงไดถกตองทงหมด 100% เนองจากผทดสอบในกลมนมคาดชนการหยดหายใจสงตางจากผทดสอบในกลมอนๆอยางชดเจน อกในขนตอนการสรางคณลกษณะ พบวา คณลกษณะใหมทสรางจากสญญาณเสยงกรนของกลมผทดสอบทมภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมากสามารถแยกจากผทดสอบในกลมอนๆคอนขางชดเจน

50

บทท 5

บทสรปและขอเสนอแนะ

ในบทนจะกลาวถงบทสรปของงานวจย และขอเสนอแนะส าหรบผตองการน างานวจยนไปศกษาอางองหรอพฒนาตอไปซงมรายละเอยดดงตอไปน 5.1 บทสรป งานวจยนมงเนนการประเมนระดบความรนแรงของโรคภาวะหยดหายใจขณะหลบดวยการประมวลผลจากสญญาณเสยงกรน ซงประกอบไปดวยขนตอนหลกทงหมดทใชในการวเคราะหสญญาณเสยงกรน 6 ขนตอนไดแก (1) ขนตอนการเกบขอมลสญญาณเสยงกรน (Data Recording) งานวจยนไดบนทกสญญาณเสยงกรนจากกลมผทดสอบทเขารบการตรวจสภาพการนอนหลบแบบวธมาตรฐาน Polysomnography ตลอดทงคนของการนอนหลบจากศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน โรงพยาบาลสงขลานครนทร จ านวนทงหมด 33 คน (2) ขนตอนการประมวลผลสญญาณเบองตน (Data Preprocessing) งานวจยนไดน าสญญาณเสยงกรนทบนทกมาผานการก าจดสญญาณรบกวนทมความถสง จากนนแปลงสญญาณเสยงกรนใหอยในโดเมนความถดวยวธการแปลงแบบฟเรยรแบบเรวและเลอกเกบ 90 % ของคณลกษณะทเดนทสดของสญญาณ (3) ขนตอนการจดกลมขอมล (Data Clustering) งานวจยนเลอกใชเทคนค K-Means Clustering ซงเปนอลกอรทมเพอการจดกลมขอมลทไดรบความนยมมากแบบหนง ก าหนดการแบงจ านวนกลมขอมลเปน 500 กลม ซงจ านวนทดทสดทไดจากการทดลองจากผทดสอบทงหมด 33 คน หากใชกลมขอมลมากหรอใชนอยกวาน จ านวนขอมลจะถกแบงหยาบเกนไป หรอแบงละเอยดเกนไป ท าใหเมอน าไปวเคราะหจ าแนกประเภทจะเกดความผดพลาดสงโดยจะเรมตนดวยการแบงขอมลคณลกษณะออกเปน 500 กลมจากนนค านวณคากงกลางของแตละกลม เพอใชเปนคาอางองส าหรบการวดระยะหางระหวางขอมลแตละตวแบบกลมทง 500 กลม ซงการวดระยะทางทเลอกใชในงานวจยน ไดแกการวดระยะทางแบบ Euclidean ขอมลคณลกษณะจะถกจดเขาอยกลมทใกลทสด กระบวนการจะด าเนนไปจนกระทงขอมลทงหมดไมมการเปลยนกลมอกตอไปและท าการบนทกต าแหนงกงกลางของแตละกลมเอาไว (4) ขนตอนการสรางคณลกษณะใหมจากคณลกษณะเดม (Features Reconstruction) งานวจยนไดใชคากงกลางจากการแบงกลมขอมลในขนตอนการจดกลมขอมลเปนคาอางองส าหรบการวดระยะหางระหวางขอมลเสยงกรนทตองการทดสอบกบต าแหนง

51

กงกลางของแตละกลม ค านวณหาระยะหางระหวางคณลกษณะขอมลเสยงกรนทตองการทดสอบแตละตวมาทต าแหนงกงกลางและจดกลมของคณลกษณะโดยอาศยระยะทางทใกลทสด จากนนนบจ านวนคณลกษณะในแตละกลม ซงเราเรยกขอมลทไดนวา คณลกษณะใหม เมอผานกระบวนการสรางคณลกษณะใหมแลวจะไดจ านวนคณลกษณะใหมเทากบจ านวนกลมเสมอ (ซงงานวจยนก าหนดไว 500 กลม) (5) ขนตอนการจ าแนกประเภท (Classification) งานวจยนไดใชเทคนคซพพอรตเวคเตอรแมชชนส าหรบการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบออกเปน 4 ระดบ คอการกรนแบบปกต ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลาง และภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก (5) การประเมนประสทธภาพอลกอรทม (Performance Evaluation) งานวจยนท าการตรวจสอบความถกตองของอลกอรทมดวยวธการเรยนรเลอกสมขอมลแบบ Leave-one-out และแสดงผลการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบดวยคอนฟวชนเมทรกซ จากการศกษาวจยและทดสอบประสทธภาพของอลกอรทมทใชในงานวจยนพบวา ผลลพธของการจ าแนกระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบออกเปน 4 ประเภท คอการกรนแบบปกต ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงนอย ภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงปานกลาง และภาวะหยดหายใจขณะหลบระดบรนแรงมาก ใหคาความถกตองอยท 60%, 70%, 57.14% และ 100% ตามล าดบ และคาความถกตองรวมของระบบระบบคอ 75.76% 5.2 ขอเสนอแนะ 5.2.1 เนองจากงานวจยนใชชวงคาดชนการหยดหายใจเปนเกณฑในการแบงกลมระดบความรนแรงของภาวะหยดหายใจขณะหลบ ผทดสอบคนใดทมคาดชนการหยดหายใจใกลเคยงกบคาดชนการหยดหายใจต าสดทใชเปนเกณฑในการแบงระดบความรนแรงระดบนนๆ จะท าใหมโอกาสจ าแนกระดบความรนแรงผดพลาด 5.2.2 ในขนตอนการจ าแนกประเภทดวยซพพอรตเวคเตอรแมชชน การเลอกฟงกชนแกนทเหมาะสม งานวจยสวนใหญมกก าหนดฟงกชนแกนไวกอน แลวจงปรบพารามเตอรของฟงกชนแกนเพอใหไดผลลพธทดทสด ดงนนหากตองการเลอกฟงกชนแกนทเหมาะสมกบขอมลกยงตองมการวจยเพมเตม 5.2.3 ความเรวและขนาดของขอมลในการเรยนรและทดสอบ โดยเฉพาะเมอใชกบขอมลทมจ านวนซพพอรตเวกเตอรจ านวนมาก เชน มากกวาลานซพพอรตเวกเตอร เปนตน จะท าใหระบบไมสามารถท างานได

52

5.2.4 ขอมลสวนใหญไมไดเปนขอมลแบบสองกลมเสมอไป ดงนนการออกแบบวธการในการคดแยกแบบหลายกลม เปนประเดนทตองท าวจยเพอพฒนาใหตอบสนองกบขอมลหลากหลายแบบมากขน

53

บรรณานกรม

[1] การตน แวอาแซ, “คมอปฏบตงาน การดแลผปวยภาวะหยดหายใจขณะหลบดวยเครองอดอากาศขณะหายใจเขา”, หาดใหญ สงขลา , ภาควชาจตเวชศาสตร คณะแพทยศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร, พฤศจกายน 2554.

[2] P. Assanasen, W. Banhiran and C. Metheetrairut. “Surgical Treament of Snoring and Obstructive Sleep Apnea” ENT Persective. Siriraj, Med J, vol.58, pp.678-682, 2006.

[3] ปารยะ อาศนะเสนม “อาการนอนกรน (snoring) และภาวะหยดหายใจขณะนอนหลบ(Obstructive Sleep Apnea),” ภาควชาโสต นาสก ลารงซวทยา คณะแพทยศาสตร ศรราชพยาบาล มหาวทยาลยมหดล, หนา 1-21.

[4] C. Neruntarat and S. Chantapant. “Prevalence of Sleep Apnea in HRH” Princess Maha Chakri Srinthorn Medical Center, Thailand, Sleep Breath, vol. 15, 641–648, 2011.

[5] J. Kim, K. In, J. Kim, S. You, K. Kang, J. Shim, et al, “Prevalence of Sleep-Disordered Breathing in Middle-Aged Korean Men and Women,” Am J Respir Crit Care Med, , vol.170, pp.1108–1113, 2004.

[6] M.S. Ip, B. Lam, I.J. Lauder, K.W. Tsang, K.F. Chung, Y.W. Mok, and W.K Lam, “Acommunity Study of Sleep-Disordered Breathing in Middle-Aged Chinese Men in Hong Kong,” Chest, vol.119, pp.62–69, 2001.

[7] M.S. Ip, B. Lam, L.C. Tang, I.J. Lauder, T.Y. Ip, and W.K. Lam, “A Community Study of Sleep-Disordered Breathing in Middle-Aged Chinese Women in Hong Kong: Prevalence and Gender Differences,” Chest, vol.125, pp.127–134, 2004.

[8] A.F. Udwadia, A.V. Doshi, S.G. Lonkar, and C.I. Singh, “Prevalence of Sleep-Disordered Breathing and Sleep Apnea in Middle-Aged Urban Indian Men,” Am J Respir Crit Care Med, vol.169, pp.168-73, 2004.

[9] M. Partinen and C. Guilleminault, “Daytime Sleepiness and Vascular Morbidity at Seven-Year Follow-up in Obstructive Sleep Apnea Patients,” Chest, vol.97, pp.27–32, 1990.

54

บรรณานกรม (ตอ)

[10] S. Kapa, F.H. Sert Kuniyoshi, and V.K Somers, “Sleep Apnea and Hypertension: Interactions and Implications for Management,” Hypertension, vol.51, no.3, pp.605-8, 2008.

[11] E. Shahar, CW. Whitney, S. Redline, et al., “Sleep-Disordered Breathing and Cardiovascular Disease: Cross-Sectional Results of the Sleep Heart Health Study,” Am J Respir Crit Care Med, vol. 163, pp. 19–25, 2001.

[12] A. Sharafkhaneh, N. Giray, P. Richardson, T. Young, and M. Hirshkowitz, “Association of psychiatric disorders and sleep apnea in a large cohort,” Sleep; vol. 28, no.11, pp.1405-1411, 2005.

[13] J Terán-Santos, A Jiménez-Gómez, J Cordero-Guevara, et al., “The Association between Sleep Apnea and the Risk of Traffic Accidents,” The New England Journal of Medicine, vol. 340, pp. 847-851, 1999.

[14] R. Munoz, J. Duran-Cantolla, E. Martínez-Vila, et al., Severe Sleep Apnea and Risk of Ischemic Stroke in the Elderly," Stroke, no. 9, pp. 2317-2321, 2006.

[15] J.A. Fiz, J. Abad, R. Jane, M. Riera, M.A. Mananas, P. Caminal, et al., “Acoustic Analysis of Snoring Sound in Patients with Simple Snoring and Obstructive Sleep Apnoea”, Eur Respir J, vol. 6, pp. 531-5, 1996.

[16] J. Solà-Soler, R. Jané, J.A. Fiz, and J. Morera, “Pitch Analysis in Snoring Signals from Simple Snorers and Patients with Obstructive Sleep Apnea”, Proc of the 24 Intl Conf of the IEEE EMBS, vol. 2, pp. 1527-1528, 2002.

[17] H. Nakano, M. Hayashi, E. Ohshima, N. Nishikata, and T. Shinohara, “Validation of a New System of Tracheal Sound Analysis for the Diagnosis of Sleep Apnea-Hypopnea Syndrome,” SLEEP, vol. 27, no. 5, pp. 951-957, 2004.

[18] .N. Andrew, T.S. Koh, and E. Baey, “Speech-like Analysis of Snore Signals for the Detection of Obstructive Sleep Apnea,” Intl. Conf. on Biomedical and Pharmaceutical Engineering, pp. 99-103, 11-14 Dec. 2006.

[19] A.K. Ng, T.S. Koh, E. Baey, T.H. Lee, U.R. Abeyratne, and K. Puvanendran, “:Could Formant Frequencies of Snore Signals be an Alternative means for the Diagnosis of Obstructive Sleep Apnea?”, Sleep Med, 2008.

55

บรรณานกรม (ตอ) [20] A. K. Ng, T. S. Koh, U. R. Abeyratne, and K. Puvanendran, “Investigation of Obstructive

Sleep Apnea Using Nonlinear Mode Interactions in Nonstationary Snore Signals”, Ann. Biomed. Eng., vol. 37, no. 9, pp. 1796-1806, 2009.

[21] Y. Zhao, H. Zhang, W. Liu, and S. Ding, “A Snoring Detector for OSAHS Based on Patient's Individual Personality”, In 3rd International Conference in Awareness Science and Technology (iCAST), pp. 24-27, 2011.

[22] A. Azarbarzin and Z. Moussavi, “Snoring Sounds Variability as a Signature of Obstructive Sleep Apnea”, J Med Eng Phys, vol. 35, no. 4, pp. 479-85, 2013.

[23] A.K. Jain and R.C. Dubes, “Algorithms for Clustering Data,” 1988. [24] C. Cortes and V. Vapnik, “Support-vector network,” Machine Learning, vol. 20, pp. 273-

297, 1995.

56

ภาคผนวก

57

ภาคผนวก ก

สญญาณทบนทกขณะท าการตรวจสภาพการนอนหลบ Polysomnography

จากศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอนโรงพยาบาลสงขลานครนทร

58

ภาพประกอบท ก-1 ตวอยางสญญาณทบนทกขณะท าการตรวจสภาพการนอนหลบดวยวธ

มาตรฐาน Polysomnography จากศนยบรการตรวจรกษาและวจยปญหาการนอน โรงพยาบาลสงขลานครนทร

59

ภาพประกอบท ก-2 หนาตางการท างานของโปรแกรมประเมนระดบความรนแรงของผปวยทมภาวะหยดหายใจขณะหลบดวยวธการวเคราะหจากสญญาณเสยงกรน

60

ภาคผนวก ข

Proceedings’ title

“Obstructive Sleep Apnea Severity Multiclass Classification

Using Analysis of Snoring Sounds”

Presented in

The 2nd World Congress on Electrical Engineering and Computer Systems and Science

(EECSS'16)

16th–17thAugust 2016 at Budapest, Hungary

61

62

63

64

65

66

67

68

ภาคผนวก ค

หนงสอรบรองการขอรบการพจารณาจรยธรรมในมนษย

69

70

ประวตผเขยน

ชอ สกล นางสาวธนวรรณ พรายดสถ รหสประจ ำตวนกศกษำ 5710120028 วฒกำรศกษำ

วฒ ชอสถำบน ปทส ำเรจกำรศกษำ

วศวกรรมศาสตรบณฑต

(วศวกรรมชวการแพทย)

มหาวทยาลยสงขลานครนทร 2556

ทนกำรศกษำ ทนการศกษาโครงการปรญญาตร-โท 5 ป คณะวศวกรรมศาสตร มหาวทยาลยสงขลานครนทร ทนอดหนนการวจยเพอวทยานพนธ บณฑตวทยาลย มหาวทยาลยสงขลานครนทร กำรตพมพเผยแพรผลงำน T. Praydas, B. Wongkittisuksa, and S. Tanthanuch, “Obstructive Sleep Apnea Severity Multiclass Classification Using Analysis of Snoring Sounds” in Proceedings of the 3rd International Conference on Biomedical Engineering and Systems (ICBES’16), Budapest, Hungary, August 16th–17th, 2016.