ภาวะขาดออกซิเจนเป็นภาวะทางการแพทย์เมื่อเลือดไม่สามารถส่งออกซิเจนไปเลี้ยงเนื้อเยื่อได้อย่างเพียงพอ เป็นตัวบ่งชี้ชั้นนำสำหรับภาวะแทรกซ้อนที่เป็นอันตรายของโรคระบบทางเดินหายใจ เช่น หอบหืด ปอดอุดกั้นเรื้อรัง และโควิด-19 แม้ว่าเครื่องวัดค่าความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด (SpO2) ของชีพจรที่ออกแบบมาเป็นพิเศษสามารถอ่านค่าความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือด (SpOXNUMX) ได้อย่างแม่นยำ ซึ่งช่วยให้สามารถวินิจฉัยภาวะขาดออกซิเจนในเลือดได้ การทำให้ความสามารถนี้พร้อมใช้งานในกล้องสมาร์ทโฟนที่ไม่ได้แก้ไขผ่านการอัพเดตซอฟต์แวร์จะช่วยให้ผู้คนจำนวนมากขึ้นสามารถเข้าถึงข้อมูลสำคัญเกี่ยวกับสุขภาพของตนได้
นักวิทยาศาสตร์จาก มหาวิทยาลัยวอชิงตัน และ แคลิฟอร์เนียซานดิเอโก ได้แสดงให้เห็นในการศึกษาพิสูจน์แนวคิดว่าสมาร์ทโฟนสามารถตรวจจับระดับความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดได้ต่ำถึง 70% สำนักงานคณะกรรมการอาหารและยาของสหรัฐอเมริกาแนะนำว่าเครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดสามารถวัดได้ไม่ต่ำกว่าระดับนี้
ผู้เข้าร่วมเทคนิควางนิ้วเหนือกล้องและแฟลชของสมาร์ทโฟน ซึ่งใช้อัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึกเพื่อกำหนดระดับออกซิเจนในเลือด สมาร์ทโฟนระบุได้อย่างถูกต้องว่าผู้ป่วยมีระดับออกซิเจนในเลือดต่ำ 80% ของเวลาที่ทีมให้ไนโตรเจนและออกซิเจนในปริมาณที่ควบคุมแก่อาสาสมัคร XNUMX คนเพื่อลดระดับออกซิเจนในเลือดเทียม
Jason Hoffman ผู้เขียนร่วมซึ่งเป็นนักศึกษาปริญญาเอกของ UW จาก Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering กล่าวว่า “แอพสมาร์ทโฟนอื่น ๆ ที่ทำเช่นนี้ได้รับการพัฒนาโดยขอให้ผู้คนกลั้นหายใจ แต่ผู้คนรู้สึกอึดอัดมากและต้องหายใจหลังจากผ่านไปประมาณหนึ่งนาทีก่อนที่ระดับออกซิเจนในเลือดจะลดลงมากพอที่จะแสดงข้อมูลที่เกี่ยวข้องทางคลินิกอย่างครบถ้วน เราสามารถรวบรวมข้อมูล 15 นาทีจากแต่ละเรื่องด้วยการทดสอบของเรา ข้อมูลของเราแสดงให้เห็นว่าสมาร์ทโฟนสามารถทำงานได้ดีในช่วงเกณฑ์วิกฤต”
เครดิต: Dennis Wise / University of Washington
ผู้ร่วมเขียน Dr. Matthew Thompson ศาสตราจารย์ด้านเวชศาสตร์ครอบครัวแห่ง UW School of Medicine กล่าวว่า “วิธีนี้ทำให้คุณสามารถวัดค่าได้หลายครั้งด้วยอุปกรณ์ของคุณโดยไม่มีค่าใช้จ่ายหรือต้นทุนต่ำ ข้อมูลนี้สามารถส่งไปยังสำนักงานแพทย์ในโลกอุดมคติได้อย่างไร้รอยต่อ ซึ่งจะเป็นประโยชน์สำหรับการนัดหมายแพทย์ทางไกลหรือพยาบาลคัดแยกเพื่อพิจารณาอย่างรวดเร็วว่าผู้ป่วยจำเป็นต้องไปที่แผนกฉุกเฉินหรือไม่ หรือสามารถพักผ่อนที่บ้านต่อไปได้หรือไม่ แล้วจึงนัดหมายกับผู้ให้บริการปฐมภูมิในภายหลัง”
ทีมงานเลือกบุคคลหกคนซึ่งมีอายุตั้งแต่ 20 ถึง 34: ชาย 3 คนและหญิง XNUMX คน ในขณะที่ผู้เข้าร่วมส่วนใหญ่รายงานว่าเป็นคนผิวขาว บุคคลหนึ่งระบุว่าเป็นชาวแอฟริกันอเมริกัน
ผู้เข้าร่วมแต่ละคนต้องสวมเครื่องวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในเลือดปกติบนนิ้วเดียว ในขณะที่วางอีกนิ้วบนมือเดียวกันเหนือกล้องสมาร์ทโฟนและแฟลชเพื่อรวบรวมข้อมูลสำหรับการฝึกอบรมและทดสอบอัลกอริทึม การตั้งค่านี้มีอยู่พร้อมกันทั้งสองมือสำหรับผู้เข้าร่วมแต่ละคน
Edward Wang ผู้เขียนอาวุโสซึ่งเริ่มโครงการนี้ในฐานะนักศึกษาปริญญาเอกของ UW ที่เรียนวิศวกรรมไฟฟ้าและคอมพิวเตอร์กล่าวว่า “กล้องกำลังบันทึกวิดีโอ ทุกครั้งที่หัวใจคุณเต้น เลือดสดๆ จะไหลผ่านส่วนที่ส่องแสงจากแฟลช”
“กล้องบันทึกปริมาณเลือดที่ดูดซับแสงจากแฟลชในแต่ละช่องสีทั้งสามช่องที่วัดได้: สีแดง สีเขียว และสีน้ำเงิน”
ผู้เข้าร่วมแต่ละคนสูดดมส่วนผสมของออกซิเจนและไนโตรเจนที่มีการควบคุมเพื่อลดระดับออกซิเจนลงทีละน้อย ใช้เวลาประมาณ 15 นาทีจึงจะเสร็จสมบูรณ์ ทีมรวบรวมค่าระดับออกซิเจนในเลือดมากกว่า 10,000 ค่าระหว่าง 61% ถึง 100% สำหรับอาสาสมัครทั้งหกคน
นักวิทยาศาสตร์ได้ฝึกอัลกอริธึมการเรียนรู้เชิงลึกเพื่อดึงระดับออกซิเจนในเลือดโดยใช้ข้อมูลจากผู้เข้าร่วมสี่คน ข้อมูลที่เหลือถูกใช้เพื่อยืนยันความถูกต้องของวิธีการก่อนที่จะทดสอบกับบุคคลใหม่
Varun Viswanath ผู้เขียนร่วมซึ่งเป็นศิษย์เก่าของ UW ซึ่งปัจจุบันเป็นนักศึกษาระดับปริญญาเอกตามคำแนะนำของ Wang ที่ UC San Diego กล่าวว่า “แสงของสมาร์ทโฟนสามารถกระจายไปตามส่วนประกอบอื่นๆ ทั้งหมดที่นิ้วของคุณ ซึ่งหมายความว่ามีสัญญาณรบกวนจำนวนมากในข้อมูลที่เรากำลังดูอยู่ การเรียนรู้เชิงลึกเป็นเทคนิคที่มีประโยชน์เพราะสามารถเห็นคุณสมบัติที่ซับซ้อนและเหมาะสมยิ่งเหล่านี้ และช่วยให้คุณพบรูปแบบที่คุณไม่สามารถมองเห็นได้”
ฮอฟแมนกล่าวว่า “หนึ่งในตัวอย่างของเรามีหนังหนาบนนิ้ว ซึ่งทำให้อัลกอริธึมของเราระบุระดับออกซิเจนในเลือดได้อย่างแม่นยำได้ยากขึ้น หากเราขยายการศึกษานี้ไปยังกลุ่มตัวอย่างมากขึ้น เราน่าจะเห็นผู้ที่มีหนังด้านและสีผิวแตกต่างกันมากขึ้น จากนั้นเราอาจมีอัลกอริทึมที่มีความซับซ้อนมากพอที่จะจำลองความแตกต่างเหล่านี้ได้ดีขึ้น”
วังกล่าวว่า “แต่นี่เป็นก้าวแรกที่ดีในการพัฒนาอุปกรณ์ชีวการแพทย์ที่ได้รับความช่วยเหลือจากแมชชีนเลิร์นนิง”
“มันสำคัญมากที่จะทำการศึกษาเช่นนี้ อุปกรณ์ทางการแพทย์แบบดั้งเดิมต้องผ่านการทดสอบอย่างเข้มงวด แต่การวิจัยด้านวิทยาการคอมพิวเตอร์เพิ่งเริ่มเจาะฟันเข้าไป เรียนรู้เครื่อง สำหรับการพัฒนาอุปกรณ์ชีวการแพทย์ และเราทุกคนยังคงเรียนรู้อยู่ การบังคับตัวเองให้เคร่งครัด เรากำลังบังคับตัวเองให้เรียนรู้วิธีทำสิ่งที่ถูกต้อง”
การอ้างอิงวารสาร:
- Hoffman, JS, Viswanath, VK, Tian, C. และคณะ การวัดความอิ่มตัวของออกซิเจนในกล้องสมาร์ทโฟนในการศึกษาภาวะขาดออกซิเจนที่เหนี่ยวนำ npj หลัก ยา. 5, 146 (2022). ดอย: 10.1038 / s41746-022-00665-Y
