Исследование показывает, что смартфоны могут быть такими же точными, как пульсоксиметры, при чтении насыщения крови кислородом

Технология может позволить пациентам контролировать собственный уровень кислорода и передавать эти данные поставщикам медицинских услуг, включая клинические лаборатории.

Клинические лаборатории вскоре могут получить новую точку данных для добавления к своим данным. лабораторная информационная система (LIS) для рассмотрения врачами. Исследователи установили, что смартфоны могут считывать уровень кислорода в крови так же точно, как и специально созданные устройства. пульсоксиметры.

Проведенный исследователями из Вашингтонский университет (УВ) и Калифорнийский университет в Сан-Диего (Калифорнийский университет в Сан-Диего), экспериментальное исследование показало, что немодифицированная камера смартфона и вспышка вместе с приложением «способны определять уровни насыщения крови кислородом до 70%. Это наименьшее значение, которое должны измерять пульсоксиметры в соответствии с рекомендациями Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США,” в соответствии с Новости цифрового здравоохранения.

Это может означать, что пациенты из группы риска гипоксемияили кто страдает респираторным заболеванием, таким как COVID-19может в конечном итоге добавить точный насыщение крови кислородом (SpO2) к результатам лабораторных анализов в любое время и из любого места.

Исследователи опубликовали свои выводы в журнале Цифровая медицина NPJ под названием «Оксиметрия камеры смартфона в исследовании индуцированной гипоксемии».

Детали исследования UW / UC в Сан-Диего

Исследователи изучили трех мужчин и трех женщин в возрасте от 20 до 34 лет. Все были европеоидами, кроме одного афроамериканца. Новости цифрового здравоохранения сообщил. Для проведения исследования на палец надевали стандартный пульсоксиметр, а на той же руке другой палец участника помещали на камеру смартфона.

«Мы провели первую проверку клинической разработки системы измерения SpO2 на основе камеры смартфона с использованием различных доля вдыхаемого кислорода (FiO2), создающий клинически значимый набор данных для валидации исключительно контактных PPG на основе смартфонов. [photoplethysmography] методы на более широком диапазоне значений SpO2 (70–100%), чем в предыдущих исследованиях (85–100%). Мы построили модель глубокого обучения, используя эти данные, чтобы продемонстрировать общий MAE.[Mean Absolute Error]= 5,00% SpO2 при выявлении положительных случаев низкого SpO2 < 90% с чувствительностью 81% и специфичностью 79%», — написали исследователи в Цифровая медицина NPJ.

Когда вспышка камеры смартфона пропускает свет через палец, глубокое обучение алгоритм расшифровывает уровень кислорода в крови». Участники также вдыхали «контролируемую смесь кислорода и азота для медленного снижения уровня кислорода». Новости цифрового здравоохранения сообщил.

«Камера записывает видео: каждый раз, когда ваше сердце бьется, свежая кровь течет через часть, освещенную вспышкой», Эдвард Ван, доктор философииДоцент кафедры электротехники и вычислительной техники Калифорнийского университета в Сан-Диего и старший автор проекта рассказал Новости цифрового здравоохранения. Ван начал этот проект, будучи докторантом Университета Вашингтона, изучая электротехнику и вычислительную технику, и теперь руководит Калифорнийским университетом в Сан-Диего. Лаборатория DigiHealth.

«Камера фиксирует, насколько кровь поглощает свет вспышки в каждом из трех измеряемых ею цветовых каналов: красном, зеленом и синем. Затем мы можем передать эти измерения интенсивности в нашу модель глубокого обучения», — добавил он.

Алгоритм глубокого обучения «измерил уровень кислорода в крови. Остальные данные использовались для проверки метода, а затем его тестирования, чтобы увидеть, насколько хорошо он работает на новых субъектах». Новости цифрового здравоохранения сообщил.

«Свет смартфона может рассеиваться всеми этими другими компонентами в вашем пальце, а это означает, что в данных, которые мы рассматриваем, много шума». Варун Вишванатсоавтор исследования, рассказал Новости цифрового здравоохранения. Вишванат — выпускник Университета Вашингтона, который сейчас учится в докторантуре, и его консультирует Ван в Калифорнийском университете в Сан-Диего.

«Глубокое обучение — действительно полезная техника, потому что она может видеть эти действительно сложные и нюансированные функции и помогает вам находить закономерности, которые иначе вы не смогли бы увидеть», — добавил он.

Каждый раунд тестирования занимал примерно 15 минут. В общей сложности исследователи собрали более 10 000 показателей кислорода в крови. Уровни варьировались от 61% до 100%.

«Смартфон правильно предсказал, был ли у субъекта низкий уровень кислорода в крови в 80% случаев», Новости цифрового здравоохранения сообщил.

Смартфоны точно собирают данные

Исследование Университета Вашингтона и Калифорнийского университета в Сан-Диего впервые показало такие точные результаты с использованием смартфона.

«Другие приложения для смартфонов, которые делают это, были разработаны, когда людей просили задержать дыхание. Но людям становится очень некомфортно, и им приходится дышать через минуту или около того, и это происходит до того, как уровень кислорода в их крови снизится настолько, чтобы представить полный спектр клинически значимых данных», — сказал он. Джейсон Хоффманаспирант-исследователь UW’s Лаборатория УбиКомп и соавтор исследования.

Возможность отслеживать полные 15 минут данных является ярким примером улучшения. «Наши данные показывают, что смартфоны могут хорошо работать прямо в диапазоне критических порогов», — добавил Хоффман.

«Мониторы SpO2 на базе смартфонов, особенно те, которые полагаются только на встроенное оборудование без каких-либо модификаций, дают возможность обнаруживать и контролировать респираторные заболевания в условиях, когда пульсоксиметры менее доступны», — пишут исследователи.

«Таким образом, вы можете проводить несколько измерений с помощью своего собственного устройства либо бесплатно, либо по низкой цене». Мэтью Томпсон, доктор философииОб этом заявил профессор глобального здравоохранения и семейной медицины Вашингтонского университета. Новости цифрового здравоохранения. Томпсон — профессор семейной медицины и глобального здравоохранения, а также адъюнкт-профессор педиатрии в Медицинской школе Университета Вашингтона.

Что будет дальше

Исследовательская группа Калифорнийского университета в Сан-Диего планирует продолжить свои исследования и собрать больше разнообразия среди предметов.

«Очень важно провести такое исследование, — сказал Ван. «Традиционные медицинские устройства проходят тщательное тестирование. Но исследования в области компьютерных наук только начинают использовать машинное обучение для разработки биомедицинских устройств, и мы все еще учимся. Заставляя себя быть строгими, мы заставляем себя учиться делать все правильно».

Несмотря на то, что в настоящее время не ожидается ни одного клинического лабораторного приложения, использование смартфонов для сбора биометрических данных для тестирования растет. Вскоре лабораториям может понадобиться способ ввода всех этих данных в свои лабораторные информационные системы. Это то, что нужно учитывать.

— Кристин Алтея О’Коннор

Связанная информация:

Камера и вспышка смартфона могут помочь людям измерять уровень кислорода в крови дома

Смартфоны могут измерять уровень кислорода в крови дома

Камера смартфона со вспышкой может измерять содержание кислорода в крови до 70% в домашних условиях

Оксиметрия камеры смартфона в исследовании индуцированной гипоксемии