Vere hapniku küllastus (SpO2), hemoglobiini protsent hapnikku kandvas veres, on oluline südame-veresoonkonna funktsiooni näitaja. Tervetel inimestel on SpO2 ligikaudu 95% või rohkem, kuid hingamisteede haigused, nagu astma, krooniline obstruktiivne kopsuhaigus, kopsupõletik ja COVID-19, võivad põhjustada nende tasemete märkimisväärset langust. Ja kui SpO2 langeb alla 90%, see võib olla märk tõsisemast kardiopulmonaalsest haigusest.
Arstid mõõdavad tavaliselt SpO-d2 kasutades pulssoksümeetreid, mitteinvasiivseid seadmeid, mis kinnitatakse sõrmeotsa või kõrva külge. Need töötavad tavaliselt läbilaskevõime fotopletüsmograafia (PPG) abil, mille käigus analüüsitakse punase ja IR-valguse neeldumist, et eristada hapnikuga küllastunud verd deoksüdeeritud verest. Aga SpO jälgimise võimalus2 väljaspool kliinikut, kasutades kaamerat igapäevases nutitelefonis, võib rohkem inimesi tuvastada olukordi, mis vajavad meditsiinilist järelkontrolli või jälgida käimasolevaid hingamisteede haigusi.
Teadlased Washingtoni Ülikool (UW) ja California San Diego Ülikool on nüüd näidanud, et nutitelefonid suudavad tuvastada kuni 70% vere hapnikuga küllastatuse tasemeid. Oma leidudest teatamine npj Digitaalne meditsiin, märgivad nad, et see saavutati riistvaramuudatusteta nutitelefonide kaamerate abil, koolitades konvolutsioonilist närvivõrku (CNN), et dešifreerida mitmesuguseid vere-hapniku tasemeid.
Põhimõttelises uuringus kasutasid teadlased protseduuri, mida nimetatakse varieeruvaks fraktsionaalseks sissehingatud hapnikuks (FiO).2), milles katsealune hingab kontrollitud hapniku ja lämmastiku segu, et vähendada aeglaselt oma SpO2 tase alla 70% – madalaim väärtus, mida pulssoksümeetrid peaksid suutma mõõta, nagu soovitab USA Toidu- ja Ravimiamet. Nad kasutasid saadud andmeid CNN-il põhineva süvaõppe algoritmi koolitamiseks.
"Teised nutitelefonirakendused töötati välja, paludes inimestel hinge kinni hoida. Kuid inimesed tunnevad end väga ebamugavalt ja peavad umbes minuti pärast hingama ja seda enne, kui nende vere hapnikusisaldus on piisavalt langenud, et esindada kõiki kliiniliselt olulisi andmeid,“ selgitab esimene autor. Jason Hoffman, UW doktorant, pressiavalduses. "Meie testiga suudame koguda igalt katsealuselt 15 minutit andmeid. Meie andmed näitavad, et nutitelefonid võiksid kriitilises lävevahemikus hästi töötada.
Hoffman ja kolleegid uurisid kuut tervet vabatahtlikku. Iga osaleja läbis mitmekülgse FiO2 13–19 minutit, selle aja jooksul said teadlased rohkem kui 10,000 61 vere hapnikusisalduse näitu vahemikus 100% kuni XNUMX%. Lisaks kasutasid nad spetsiaalselt ehitatud pulssoksümeetreid, et salvestada tõesuse andmeid läbilaskevõime PPG kaudu.
Nutitelefoni oksümeetria teostamiseks asetab osaleja sõrme nutitelefoni kaamera ja välklambi kohale. Kaamera salvestab vastused peegeldusvõime PPG kaudu – mõõtes, kui palju välgu valgust veri neelab igas punases, rohelises ja sinises kanalis. Seejärel sisestasid teadlased need intensiivsuse mõõtmised süvaõppe mudelisse, kasutades koolituskomplektina nelja katsealuse andmeid ja ühte mudeli valideerimiseks ja optimeerimiseks. Seejärel hindavad nad koolitatud mudelit ülejäänud subjekti andmete põhjal.
Kui on koolitatud kliiniliselt olulises SpO vahemikus2 tasemed (70–100%) erinevast FiO-st2 uuringus saavutas CNN uue katsealuse SpO ennustamisel keskmiseks absoluutseks veaks 5.00%.2 tasemel. Keskmine R2 mudeli ennustuste ja võrdluspulssoksümeetri vaheline korrelatsioon oli 0.61. Keskmine RMS-viga oli kõigi katsealuste puhul 5.55%, mis on kõrgem kui 3.5% standard, mis on nõutav peegelduspulssoksümeetri seadmete kliiniliseks kasutamiseks puhastamiseks.
Teadlased viitavad sellele, mitte lihtsalt SpO hindamisele2, nutitelefoni kaamera oksümeetrit saab kasutada vahendina madala hapnikusisalduse kontrollimiseks. Selle lähenemisviisi uurimiseks arvutasid nad oma mudeli klassifikatsiooni täpsuse, et näidata, kas isikul on SpO2 tase alla kolme läve: 92%, 90% (tavaliselt kasutatakse täiendava arstiabi vajaduse näitamiseks) ja 88%.
SpO klassifitseerimisel2 tasemetel alla 90%, oli mudelil suhteliselt kõrge tundlikkus 81% ja spetsiifilisus 79%, mis on kõigi kuue katsealuse keskmisena. SpO klassifitseerimiseks2 alla 92%, spetsiifilisus tõusis 86%-ni, tundlikkusega 78%.
Teadlased märgivad, et statistiliselt ei näita uuring, et see lähenemine oleks valmis kasutamiseks praeguste pulssoksümeetritega võrreldava meditsiiniseadmena. Nad märgivad siiski, et selle väikese katsealuse valimi tulemuslikkuse tase näitab, et mudeli täpsust saab suurendada, hankides rohkem koolitusnäidiseid.
Nutitelefoni kaamera mõõdab vere glükoosisisaldust
Näiteks ühel katsealusel olid sõrmedel paksud kallused, mistõttu oli algoritmi jaoks raskem nende vere-hapniku taset täpselt määrata. "Kui laiendaksime seda uuringut rohkematele isikutele, näeksime tõenäoliselt rohkem inimesi, kellel on kalluseid ja erineva nahatooniga inimesi, " selgitab Hoffman. "Siis võiks meil olla piisavalt keerukas algoritm, et saaksime kõiki neid erinevusi paremini modelleerida."
Hoffman räägib Füüsika maailm et meeskonnal pole plaanis seda tehnoloogiat kohe kommertsialiseerida. "Siiski oleme välja töötanud testimisplaani ja toetusettepanekud, mis võimaldaksid meil testida suuremal ja mitmekesisemal subjektide rühmal, et näha, kas see põhimõtet tõendav uuring on reprodutseeritav ja potentsiaalselt valmis äriliselt suunatud arendamiseks," ütleb ta. .
