Naukowcy z Uniwersytetu Northwestern i z firmy Shirley Ryan AbilityLab opracowali bezprzewodowy czujnik wykorzystujący AI (Sztuczną Inteligencję), który umieszczony na szyi w okolicach gardła i przełyku monitoruje stan organizmu. Odbywa się to bez ingerencji człowieka. Według wynalazców urządzenie nie przeszkadza w codziennych zajęciach i może skutecznie zwalczyć pandemię koronowirusa, a wcześniej ocalić życie wielu ludziom. Skąd ten pomysł i jak to działa?
Wydaje się, że im więcej wiemy na temat koronawirusa tym bardziej zagadkowy on jest. Powstaje sporo prac i teorii, ale coraz nowsze dane sprawiają, że trzeba weryfikować dotychczasowe ustalenia. Jedną z przyczyn tego stanu rzeczy jest sposób badania i diagnozowania. Obecnie odbywa się to na podstawie testów, obserwacji pacjentów (,którzy już są poważnie chorzy) albo na sekcji zwłok zmarłych wskutek zakażenia koronawirusem. Taki sposób badania i diagnozowania jest powszechny i pomógł pokonać wiele chorób, ale w wielu przypadkach powyższe metody są niewystarczające i konieczne są rozwiązania, które pozwolą na długofalową diagnostykę przy jak najmniejszej ingerencji w życie człowieka.
Dlatego zespół złożony z pracowników dwóch wspomnianych instytucji stworzył urządzenie, które nieinwazyjnie będzie nieustannie monitorowało stan zdrowia badanych osób. Mogą to być także zupełnie zdrowe osoby, ale znajdujące się w grupie ryzyka zachorowania na COVID-19 (np. personel medyczny, czy ratowniczy).
Czym to jest?
Sprzęt jest wielkości znaczka pocztowego, jest miękki, elastyczny i korzysta z technologii bezprzewodowych i inteligentnych algorytmów AI. Nie wykonuje żadnych operacji, które byłyby w jakikolwiek sposób odczuwalne przez człowieka. Umiejscowione na szyi urządzenie monitoruje intensywność i wzorce kaszlu, ruchy ściany klatki piersiowej (które wskazują na utrudniony lub nieregularny oddech), dźwięki oddechowe, tętno i temperaturę ciała. Według naukowców to właśnie przy zmianach zachodzących w powyższych parametrach badawczych można dostrzec pierwsze objawy zakażenia koronawirusem.
W procesie monitorowania zbierane są dane, które w bezpieczny sposób przesyłane są do chmury. W chmurze natomiast dokonuje się kolejny proces badań za który odpowiada kod wykorzystujący Uczenie Maszynowe. Urządzenie może monitorować pacjentów w szpitalu, a następnie może zostać zabrane do domu, aby nadzór dokonywał się także po hospitalizacji. Tylko przy monitorowaniu 24/7 lekarze i naukowcy będą mieli pełny obraz efektów swoich prac i źródło do stawiania lepszych diagnoz w przyszłości. Wszystko dzięki inwencji człowieka i zaimplementowaniu AI.
Jedna z osób, która brała udział w badaniach pilotażowych chwaliła wykonanie urządzenia, ponieważ tylko przez chwilę miała poczucie dyskomfortu, które wynikało z tego, że na naszej szyi pojawiło się coś nowego. Proces przystosowania się do nowego sprzętu diagnostycznego jest jednak bardzo szybki i nie uniemożliwia on normalnego życia. Zwykły prysznic, czy wyczynowy sport nie sprawią, że urządzenie przestanie działać.
Budowa tego urządzenia ma także znaczenie dla bezpieczeństwa przyszłych użytkowników. Cały mechanizm i komponenty znajdują się w miękkim i szczelnym biokompatybilnym materiale silikonowym. Nie ma żadnych przewodów, elektrod, portów ładowania czy wymiennych baterii. Proces sterylizacji i ponownego użycia jest więc bardzo prosty. Zespół z uniwersytetu opracował mechanizm działania i hardware urządzenia, natomiast Shirley Ryan AbilityLab stworzyło inteligentne algorytmy, które w nieosiągalny do tej pory sposób wspomagają standardowe metody badawcze.
Korzyści
Członek zespołu odpowiadającego za stworzenie urządzenia, John Rogers, powiedział:
Wcześniejsze wykrywanie [choroby] jest zawsze lepsze, a nasze urządzenia zapewniają w tym kontekście ważne i unikalne możliwości. Dla pacjentów, którzy zachorowali korzyść jest bardzo jasna, ponieważ dane przedstawiają informacje na temat zachowania oddechowego, jako mechanizm śledzenia postępu i/lub efektów leczenia.
Arun Jayaraman, naukowiec z Shirley Ryan AbilityLab podkreślił, że:
Czujniki mają potencjał do zdobywania nowych danych, które ochronią zarówno pracowników medycznych pierwszej linii, jak i pacjentów, tak by w odpowiednim czasie zmniejszyć ryzyko transmisji i zwiększyć prawdopodobieństwo wyzdrowienia.
Ten sam naukowiec wskazuje także kolejną korzyść i zapowiada nowe możliwości wykorzystania AI w medycynie:
Ludzie z oczywistymi, poważnymi objawami idą do szpitala, tam są badani lub proszeni o izolację. (…) Dla tych, którzy mają objawy, ale postrzegają je jako łagodne lub uznają za sezonowe alergie, nie ma systemu ostrzegania. [Ci ludzie] mogą mieć kontakt z innymi i nieświadomie rozprzestrzeniać infekcję. (…) Otwiera to szansę tworzenie nowych strategii telemedycznych, gdzie lekarze mogą przeglądać dane pacjentów z wielu godzin, dni lub tygodni, za pomocą systemu zarządzania danymi w chmurze ze specjalnie dostosowanym interfejsu, który jest konfigurowany tak, aby zobaczyć jak się pacjent czuje.
Obiecujące wyniki
Obecnie urządzenia używa 25 osób, zarówno zakażonych jak i zdrowych. Przez dwa tygodnie noszenia czujnika zebrano łącznie 1500 godzin, które wygenerowało terabajt danych do badań. W najbliższych tygodniach zespoły z Northwestern i Shirley Ryan AbilityLab nadal będą gromadzić dane pacjentów w celu doszkalania algorytmów AI przez Uczenie Maszynowe. Prowadzone są także prace by wynalazek miał możliwość badania poziomu natlenienia krwi, który jest ważnym czynnikiem w określaniu kondycji zdrowotnej płuc.