"Наш новый мобильный подход к здоровью открывает путь к прикроватному или удаленному тестированию уровня гемоглобина в крови для выявления анемии, острого повреждения почек и кровоизлияний или для оценки заболеваний крови, таких как серповидноклеточная анемия."сказал руководитель исследовательской группы Янг Ким из Университета Пердью. «Пандемия COVID-19 значительно повысила осведомленность о необходимости расширения мобильных медицинских и телемедицинских услуг."
Ким и его коллеги из Университета Индианаполиса, Медицинского факультета Университета Вандербильта в США и Медицинского факультета Университета Мои в Кении сообщают о новом подходе в Optica, журнале Оптического общества для исследований с высокой степенью воздействия.
Исследователи использовали программное обеспечение для преобразования встроенной камеры смартфона в гиперспектральный формирователь изображений, который надежно измеряет уровень гемоглобина (показатель способности крови переносить кислород) без необходимости каких-либо модификаций оборудования или дополнительных принадлежностей. Пилотное клиническое испытание с участием добровольцев в Учебно-справочной больнице Университета Мои показало, что ошибки прогноза для метода смартфона находятся в пределах от 5 до 10 процентов от тех, которые были измерены с кровью клинических лабораторий.
Лаборатория Кима специализируется на разработке медицинских технологий, которые сначала разрабатываются и тестируются в условиях ограниченных ресурсов стран с низким и средним уровнем дохода. Эти инновации затем применяются для решения важных проблем здравоохранения в развитых странах, таких как США.
«Эта новая технология может быть очень полезна для обнаружения анемии, которая характеризуется низким уровнем гемоглобина в крови», – сказал Ким. "Это серьезная проблема общественного здравоохранения в развивающихся странах, но она также может быть вызвана раком и лечением рака."
Спектральная информация со смартфона
Спектроскопический анализ обычно используется для измерения содержания гемоглобина в крови, поскольку он имеет отчетливый спектр поглощения света или отпечаток пальца в видимом диапазоне длин волн.
Однако для этого типа анализа обычно требуются громоздкие и дорогие оптические компоненты.
Исследователи создали мобильную версию этого анализа для здоровья, используя подход, известный как спектральная спектроскопия сверхвысокого разрешения.
Этот метод использует программное обеспечение для виртуального преобразования фотографий, полученных с помощью систем с низким разрешением, таких как камера смартфона, в цифровые спектральные сигналы с высоким разрешением.
Исследователи выбрали внутреннее веко в качестве места восприятия, потому что там хорошо видна микрососудистая сеть; к нему легко получить доступ, и он имеет относительно равномерное покраснение.
Внутреннее веко также не зависит от цвета кожи, что устраняет необходимость в каких-либо индивидуальных калибровках.
Чтобы выполнить измерение гемоглобина в крови с помощью нового метода, пациент опускает внутреннее веко, чтобы обнажить мелкие кровеносные сосуды под ним. Затем медицинский работник или обученный человек использует приложение для смартфона, разработанное исследователями, для фотографирования век. Алгоритм спектрального сверхвысокого разрешения применяется для извлечения подробной спектральной информации из изображений камеры, а затем другой вычислительный алгоритм количественно определяет содержание гемоглобина в крови, обнаруживая его уникальные спектральные характеристики.
Мобильное приложение включает в себя несколько функций, предназначенных для стабилизации качества изображения смартфона и синхронизации фонарика смартфона для получения согласованных изображений. Он также предоставляет рекомендации в форме век на экране, чтобы пользователи поддерживали постоянное расстояние между камерой смартфона и веком пациента.
Хотя спектральная информация в настоящее время извлекается с использованием алгоритма на отдельном компьютере, исследователи ожидают, что алгоритм может быть включен в мобильное приложение.
Клинические испытания
Исследователи протестировали новую технику на 153 добровольцах, которые были направлены на обычные анализы крови в Учебно-справочную больницу Университета Мои. Они использовали данные случайно выбранной группы из 138 пациентов для обучения алгоритму, а затем протестировали мобильное приложение для здоровья с оставшимися 15 добровольцами.
Результаты показали, что мобильный тест здоровья может обеспечивать измерения, сопоставимые с традиционными анализами крови, в широком диапазоне значений гемоглобина в крови.
В отдельном клиническом исследовании мобильное приложение используется для оценки пациентов с онкологией в Онкологическом центре Саймона при Университете Индианы.
Исследователи также работают с Университетом Руанды для проведения дальнейших исследований и планируют сотрудничать с больницей Шримад Раджчандра в Индии, чтобы использовать мобильный инструмент здравоохранения для оценки состояния питания, анемии и серповидноклеточной анемии у своих пациентов.
«Наша работа показывает, что ориентированные на данные и ориентированные на данные исследования, основанные на освещении, могут предоставить новые способы минимизировать сложность оборудования и облегчить мобильное здоровье», – говорит Ким. «Сочетание встроенных датчиков, имеющихся в современных смартфонах, с подходами, ориентированными на данные, может ускорить темпы инноваций и результатов исследований в этой области."