Intraoral wearable device to measure physiological parameters for OSA detection

The gold standard in the detection of Obstructive Sleep Apnea (OSA) is polysomnography (PSG). Even though it is still the most accurate option for the detection and diagnosis of sleep disorders, it often depends on the availability of specialized personnel and equipment. During the last years, there has been an increasing interest in developing wearable devices for the detection of sleep disorders that aim at cost-effectiveness and patient accessibility. However, the majority of these devices are not comfortable, affecting the sleep quality of the patients. This thesis presents the development of a prototype for a wearable device capable of conducting intra-oral measurements of the relevant physiological parameters to detect obstructive sleep apnea: oxygen saturation, heart rate, and respiratory rate. The development of the prototype was divided into two phases, each addressing specific objectives. The first version, focused on three primary aspects: assessing the feasibility of performing intra-oral photoplethysmographic(PPG) measurements, determining the sensor location with the best accuracy, and testing the encapsulation process to protect and isolate the electronic components. Following the prototype progression, a second version was developed. This iteration aimed to create a more realistic device, emphasizing sensor location and subject comfort. In addition to the design and fabrication process for each version, the firmware needed to analyze and calculate the parameters for a real-time acquisition was developed. This document focuses on the design, fabrication, and testing process for each of the versions of the prototype.

Il gold standard nella rilevazione dell'Apnea Ostruttiva del Sonno (AOS) è la polisonnografia (PSG). Nonostante sia ancora l'opzione più accurata per la rilevazione e la diagnosi dei disturbi del sonno, dipende spesso dalla disponibilità di personale ed attrezzature specializzate. Negli ultimi anni c'è stato un crescente interesse nello sviluppo di dispositivi indossabili per la rilevazione dei disturbi del sonno che puntano a essere economici e accessibili ai pazienti. Tuttavia, la maggior parte di questi dispositivi non sono confortevoli, influenzando la qualità del sonno dei pazienti. Questa tesi presenta lo sviluppo di un prototipo di dispositivo indossabile in grado di effettuare misurazioni intra-orali dei parametri fisiologici rilevanti per la rilevazione dell'apnea ostruttiva del sonno: saturazione di ossigeno, frequenza cardiaca e frequenza respiratoria. Lo sviluppo del prototipo è stato diviso in due fasi, ognuna dedicata a obiettivi specifici. La prima versione si è concentrata su tre aspetti principali: la valutazione della fattibilità delle misure fotopletismografiche (PPG) intra-orali, la determinazione della posizione del sensore con la massima accuratezza e la verifica del processo di incapsulamento per proteggere e isolare i componenti elettronici. Proseguendo con la progressione del prototipo, è stata sviluppata una seconda versione. Questa iterazione mirava a creare un dispositivo più realistico, enfatizzando la posizione del sensore e il comfort del soggetto. Oltre al processo di progettazione e fabbricazione per ogni versione, è stato sviluppato il firmware necessario per analizzare e calcolare i parametri per un'acquisizione in tempo reale. Questo documento si concentra sul processo di progettazione, fabbricazione e test per ciascuna delle versioni del prototipo.