Vér-oxigén telítettség (SpO2), a hemoglobin százalékos aránya az oxigént szállító vérben, a szív- és érrendszer működésének fontos mérőszáma. Az egészséges egyének SpO-val rendelkeznek2 95%-os vagy afeletti szint, de a légúti megbetegedések – például az asztma, a krónikus obstruktív tüdőbetegség, a tüdőgyulladás és a COVID-19 – jelentősen csökkenthetik ezeket a szintet. És ha az SpO2 90% alá esik, ez komolyabb szív- és tüdőbetegség jele lehet.
Az orvosok általában mérik az SpO-t2 pulzoximéterekkel, nem invazív eszközökkel, amelyek az ujjbegyre vagy a fülre rögzíthetők. Ezek általában transzmissziós fotopletizmográfiával (PPG) működnek, amelyben a vörös és az infravörös fény abszorpcióját elemzik, hogy megkülönböztessék az oxigénnel telített és az oxigénmentesített vért. De az SpO figyelésének képessége2 A klinikán kívül a kamera mindennapi okostelefonon történő használata lehetővé tenné, hogy többen észleljék azokat a helyzeteket, amelyek orvosi nyomon követést igényelnek, vagy nyomon követhetik a légzési problémákat.
A kutatók a Washington Egyetem (UW) és University of California San Diego most kimutatták, hogy az okostelefonok akár 70%-ig képesek kimutatni a vér oxigéntelítettségét. Eredményeikről beszámolnak npj Digitális orvostudományMegjegyzik, hogy ezt hardvermódosítás nélküli okostelefonok kameráival érték el egy konvolúciós neurális hálózat (CNN) betanításával a vér-oxigénszintek széles skálájának megfejtésére.
Egy alapelv-vizsgálat során a kutatók a változatos frakcionált inspirált oxigén (FiO) nevű eljárást alkalmazták.2), amelyben az alany oxigén és nitrogén szabályozott keverékét lélegzi be, hogy lassan csökkentse SpO-ját2 70% alá – ez a legalacsonyabb érték, amelyet a pulzoximéterrel mérni kell, az Egyesült Államok Élelmiszer- és Gyógyszerügyi Hatósága ajánlása szerint. A kapott adatokat a CNN-alapú mélytanulási algoritmus betanításához használták fel.
„Más okostelefon-alkalmazásokat úgy fejlesztettek ki, hogy arra kérték az embereket, hogy tartsák vissza a lélegzetüket. De az emberek nagyon kényelmetlenül érzik magukat, és egy perc múlva lélegezniük kell, és ez még azelőtt van, hogy a vér oxigénszintje annyira lecsökken, hogy a klinikailag releváns adatok teljes skáláját képviselje” – magyarázza az első szerző. Jason Hoffman, az UW doktorandusza, egy sajtónyilatkozatban. „A tesztünkkel 15 percnyi adatot tudunk gyűjteni minden alanyról. Adataink azt mutatják, hogy az okostelefonok jól működhetnek a kritikus küszöbtartományban.”
Hoffman és munkatársai hat egészséges önkéntest vizsgáltak meg. Minden résztvevő változatos FiO-n esett át2 13-19 percig, ezalatt a kutatók több mint 10,000 61 vér-oxigénszint-leolvasást szereztek 100% és XNUMX% között. Emellett erre a célra épített pulzoximétereket használtak a földi igazság adatok rögzítésére a transzmissziós PPG segítségével.
Az okostelefon-oximetria végrehajtásához a résztvevő az ujját az okostelefon kamerája és vakuja fölé helyezi. A kamera a reflexiós PPG-n keresztül rögzíti a válaszokat – méri, hogy a vakuból mennyi fényt nyel el a vér a vörös, zöld és kék csatornákon. A kutatók ezután ezeket az intenzitásméréseket betáplálták a mélytanulási modellbe, négy alany adatait használva képzési halmazként, egyet pedig a modell validálására és optimalizálására. Ezután értékelik a betanított modellt a fennmaradó alany adatain.
Amikor egy klinikailag releváns SpO-tartományban képezték ki2 szintek (70-100%) a változatos FiO-tól2 tanulmány szerint a CNN átlagosan 5.00%-os abszolút hibát ért el egy új alany SpO-jának előrejelzésében2 szint. Az átlagos R2 A modell-előrejelzések és a referencia pulzoximéter közötti korreláció 0.61 volt. Az átlagos RMS hiba 5.55% volt az összes alanynál, ami magasabb, mint a 3.5%-os standard, amely a reflexiós pulzoximéteres eszközök klinikai felhasználásra való törléséhez szükséges.
A kutatók azt javasolják, hogy ahelyett, hogy egyszerűen megbecsülnék az SpO-t2, az okostelefon kamerájának oximétere használható eszközként a vér alacsony oxigénellátásának szűrésére. Ennek a megközelítésnek a feltárásához kiszámították a modelljük besorolási pontosságát annak jelzésére, hogy az egyén rendelkezik-e SpO-val.2 három küszöb alatti szint: 92%, 90% (általában a további orvosi ellátás szükségességének jelzésére használják) és 88%.
Az SpO besorolásakor2 90% alatti szintek esetén a modell viszonylag magas, 81%-os érzékenységet és 79%-os specificitást mutatott, mind a hat kísérleti alany átlagában. Az SpO osztályozására2 92% alatt a specificitás 86%-ra nőtt 78%-os érzékenységgel.
A kutatók rámutatnak, hogy statisztikailag a tanulmány nem jelzi, hogy ez a megközelítés készen állna a jelenlegi pulzoximéterekkel összehasonlítható orvosi eszközként való használatra. Megjegyzik azonban, hogy az ebből a kis tesztalany-mintából látható teljesítményszint azt jelzi, hogy a modell pontossága növelhető több képzési minta beszerzésével.
Az okostelefon kamerája méri a vércukorkoncentrációt
Például az egyik alany ujján vastag bőrkeményedés volt, ami megnehezítette az algoritmus számára a vér-oxigénszint pontos meghatározását. "Ha ezt a vizsgálatot több alanyra terjesztenénk ki, valószínűleg több bőrkeményedést és különböző bőrtónusú embert látnánk" - magyarázza Hoffman. "Akkor potenciálisan rendelkezhetnénk egy kellően bonyolult algoritmussal ahhoz, hogy jobban modellezhessük ezeket a különbségeket."
Hoffman elmondja Fizika Világa hogy a csapatnak nem áll szándékában azonnal kereskedelmi forgalomba hozni ezt a technológiát. "Azonban kidolgoztunk egy tesztelési tervet és támogatási javaslatokat, amelyek lehetővé teszik számunkra, hogy teszteljünk egy nagyobb, sokrétűbb alanycsoporton, hogy megtudjuk, ez az alapelv-tanulmány reprodukálható-e, és készen áll-e a kereskedelmi célú fejlesztésre" - mondja. .
