作者:王方 来源:中国科学报 发布时间:2022/9/21 23:21:22
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手机灯一闪,血氧值即知

 

 手指放在摄像头上,智能手机闪光灯闪烁,使用深度学习算法解读血氧水平。图片来源:Dennis Wise

人体需要大量氧气,健康人的血氧饱和度至少达95%。哮喘或新冠肺炎等疾病使人体难以从肺部吸收氧气,这导致血氧饱和度下降到90%或更低,表明需要医疗护理。

在医院或诊所里,医生用脉搏血氧仪监测血氧饱和度,脉搏血氧仪是一种放在指尖或耳朵上的夹子。

在一项原理验证研究中,美国华盛顿大学和加州大学圣地亚哥分校的研究人员证明,智能手机能够检测70%以下的血氧饱和度。根据美国食品药品管理局的建议,这是脉搏血氧仪能够测量的最低值。相关研究9月19日发表于《NPJ数字医学》。

这项技术需要参与者将手指放在智能手机的摄像头上,随着闪光灯闪烁,智能手机使用深度学习算法解读血氧水平。当研究团队向6名参与者提供一种受控的氮氧混合物、人为降低他们的血氧水平时,智能手机在80%的时间内正确预测了受试者的血氧水平是否为低值。

“其他可以做到这一点的智能手机应用程序通常要求人们屏住呼吸,人们会感到非常不舒服,而1分钟左右就必须呼吸。其血氧不能下降到足以反映全部临床相关数据的水平。”该研究共同负责人、华盛顿大学的Jason Hoffman说,“而我们通过智能手机在临界阈值范围内的工作,能从每名参与者身上收集15分钟的数据。”

智能手机摄像头会记录一段视频:每当你心跳时,闪光灯照亮的部位就会有新鲜血液流过。它记录了血液在3种颜色(红、绿、蓝)通道中对光的吸收量。这些测量数据被输入到研究者开发的深度学习模型中,最终测出你的血氧水平。

每天在家里多次监测血氧水平,可以帮助人们密切关注自身的症状。“通过这种方法,你可以用自己的设备进行多次测量,而且是低成本的。”论文合著者、华盛顿大学医学院教授Matthew Thompson说,“在理想的情况下,这些信息可以无缝传输到医生办公室。”

研究团队获得了超过1万个介于61%~100%之间的血氧水平读数。他们使用这些数据训练了一个深度学习算法,以解读血氧水平,并进行验证和测试,看看它在新受试者身上的表现如何。

“其中一名参与者手指上有厚厚的老茧,这意味着我们正在观察的数据中有很多噪声,使算法难以准确测定其血氧水平。将来会有更多的有老茧或肤色不同的人使用该程序,所以需要一个足够复杂的算法,以更好地模拟所有差异。”Hoffman说。

研究人员表示,这是朝着开发利用机器学习辅助生物医学设备迈出的一步。团队希望在更多人身上测试该算法来继续这项研究。

相关论文信息:https://doi.org/10.1038/s41746-022-00665-y

 
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