Quantifying Time Awake Posturographically

This thesis focuses on the issue of testing sleepiness quantitatively. The issue is relevant to policymakers concerned with traffic- and occupational safety; such testing provides a tool for safety legislation and -surveillance. The findings of this thesis provide guidelines for a posturographic sleepiness tester. Sleepiness ensuing from staying awake merely 17 h impairs our performance as much as the legally proscribed blood alcohol concentration 0.5 does. Hence, sleepiness is a major risk factor in transportation and occupational accidents. The lack of convenient, commercial sleepiness tests precludes testing impending sleepiness levels contrary to simply breath testing for alcohol intoxication. Posturography is a potential sleepiness test, since clinical diurnal balance testing suggests the hypothesis that time awake could be posturographically estimable. Relying on this hypothesis this thesis examines posturographic sleepiness testing for instrumentation purposes. Empirical results from 63 subjects for whom we tested balance with a force platform during wakefulness for maximum 36 h show that sustained wakefulness impairs balance. The results show that time awake is posturographically estimable with 88% accuracy and 97% precision which validates our hypothesis. Results also show that balance scores tested at 13:30 hours serve as a threshold to detect excessive sleepiness. Analytical results show that the test length has a marked effect on estimation accuracy: 18 s tests suffice to identify sleepiness related balance changes, but trades off some of the accuracy achieved with 30 s tests. The procedure to estimate time awake relies on equating the subject s test score to a reference table (comprising balance scores tested during sustained wakefulness, regressed against time awake). Empirical results showed that sustained wakefulness explains 60% of the diurnal balance variations, whereas the time of day explains 40% of the balance variations. The latter fact implies that time awake estimations also must rely on knowing the local times of both test and reference scores.

Valvominen vaikuttaa suorituskykyymme alkoholin tavoin. Jo 17 h:n yhtäjaksoinen valvominen vaikuttaa 0.5 :n humalatilan tavoin, ja 20 h:n valvominen vaikuttaa 1 :n tavoin. Tästä syystä väsymys on vakava onnettomuustekijä mm. liikenteessä. Suomessa kuten muissakin teollisuusmaissa säädetään rattijuopumusta vastaan ja valvontaviranomaiset mittaavat kuljettajien humalatilaa puhallusalkometrillä. Rattijuopumusanalogiaa mukaillen edistettäisiin liikenneturvallisuutta mittaamalla myös kuljettajien väsymystä. Tämän toteuttamiseksi valvontaviranomaiset tarvitsevat uuden mittarin, sillä toisin kuin humalatilan mittaaminen puhallusalkometrillä, vastaavanlaista nopeaa ja helppoa väsymystestiä ei ole. Tässä väitöskirjatyössä tutkittiin voidaanko ihmisen valveillaoloaikaa mitata tasapainolevyllä. Tutkimukseen osallistui 63 henkilöä. Mittasimme heidän tasapainoa 2 h:n välein, enimmillään 36 h:n yhtäjaksoisen valvomisen aikana. Valvominen heikensi tasapainoa, ja lineaarinen regressioanalyysi selitti 60 % valveillaoloajan aikana tapahtuvista tasapainomuutoksista. Loput muutoksista johtuivat lähinnä vuorokausirytmistä; väsymyksellä on huippu sekä iltapäivällä (klo 14-17) että aamuyöllä (klo 2-7) huolimatta siitä onko valvottu vai ei. Mittasimme myös henkilöitten tasapainoa kerran päivässä viikon aikana joka päivä eri valveillaoloajalla. Käyttämällä lineaarista tasapaino-valveillaoloaikakorrelaatiota, samalla huomioiden vuorokausirytmin vaikutus tasapainoon, estimoitiin henkilöiden hetkellinen valveillaoloaika 88 %:n tarkkuudella. Tällöin (lineaarinen) korrelaatio estimoitujen ja todellisten valveillaoloaikojen välillä oli 0.85. Tehtyjen tasapainomittausten kesto oli 30 s. Mittauskeston analyyttinen lyhentäminen osoitti, että 18 s:n mittaus riittää tunnistamaan valveillaoloajan aiheuttamat tasapainomuutokset, mutta heikentää valveillaoloajan estimointitarkkuutta. Tapaturmaehkäisyä varten tasapainotestillä tehty valveillaolomittaus soveltuisi riskiryhmien, kuten kirurgien, lentäjien, lennonjohtajien, bussi- ja junakuljettajien, ydin- ja vesivalvomoiden, viranomaisvalvontaan. Tätä ennen tulisi tutkia, päättää ja säätää laittoman väsymyksen raja-arvo tunteina.