美國開發(fā)臨床級(jí)可穿戴設(shè)備，用于持續(xù)監(jiān)測新冠

導(dǎo)讀

據(jù)美國西北大學(xué)官網(wǎng)近日?qǐng)?bào)道，該校科學(xué)家開發(fā)出臨床級(jí)可穿戴設(shè)備，可用于持續(xù)監(jiān)測新型冠狀病毒肺炎。這些可穿戴設(shè)備可以采集癥狀數(shù)據(jù)并通過機(jī)器學(xué)習(xí)算法進(jìn)行分析，從而有利于新冠肺炎的早期檢測，以及持續(xù)監(jiān)測患者健康狀況。

背景

如今，“可穿戴設(shè)備”已不再是什么新概念了，我們身邊到處可見各式各樣的可穿戴設(shè)備，例如智能化的手表、手環(huán)、眼鏡、頭盔、服裝、配飾等。這些可穿戴設(shè)備具有許多新穎的功能，例如運(yùn)動(dòng)計(jì)步、睡眠監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實(shí)、通信、定位等。

近年來，醫(yī)療健康監(jiān)測逐漸成長為可穿戴設(shè)備極具前景的應(yīng)用領(lǐng)域之一。此類可穿戴設(shè)備不僅可以監(jiān)測心率、體表溫度、血氧水平、運(yùn)動(dòng)量以及其他生理參數(shù)，還能監(jiān)測與肝炎、炎癥甚至胰島素有關(guān)的重要生理指標(biāo)。

時(shí)下，人類正面臨新型冠狀病毒肺炎疫情所帶來的前所未有的大挑戰(zhàn)，我們不禁會(huì)問，可穿戴設(shè)備又能發(fā)揮什么樣的作用呢？雖然依靠“健康追蹤器”來發(fā)現(xiàn)新型冠狀病毒肺炎（COVID-19）的早期癥狀可能會(huì)是一個(gè)非常吸引人的想法，但是美國西北大學(xué)的研究人員卻提醒我們：消費(fèi)類可穿戴設(shè)備技術(shù)上并不成熟，不足以用于監(jiān)測復(fù)雜的疾病。

創(chuàng)新生物電子學(xué)領(lǐng)域先驅(qū)人物約翰·A·羅杰斯（John A. Rogers）領(lǐng)導(dǎo)的美國西北大學(xué)團(tuán)隊(duì)，于7月1日在《科學(xué)進(jìn)展（Science Advances）》期刊上發(fā)表了一篇新論文，將大眾化的消費(fèi)電子產(chǎn)品與臨床級(jí)監(jiān)測系統(tǒng)區(qū)分開來。與羅杰斯合著這篇論文的有美國西北大學(xué)醫(yī)學(xué)院皮膚科醫(yī)生徐帥（音譯：Shuai Xu）博士以及羅杰斯實(shí)驗(yàn)室（Rogers lab）博士后研究員鄭孝英（音譯：Hyoyoung Jeong）。羅杰斯表示：“根據(jù)美國醫(yī)學(xué)協(xié)會(huì)雜志報(bào)道，新型冠狀病毒肺炎三個(gè)最重要的早期癥狀是發(fā)燒、氣短和咳嗽。你會(huì)想要用可穿戴技術(shù)來追蹤這些關(guān)鍵癥狀。然而，諸如健康追蹤器之類的傳統(tǒng)可穿戴設(shè)備位于手腕或者手指上，這些位置并不是與新冠肺炎最相關(guān)的解剖位置。”今年春天，羅杰斯團(tuán)隊(duì)與 Shirley Ryan AbilityLab 的研究人員向我們介紹了一款新型可穿戴設(shè)備以及一個(gè)特別定制的數(shù)據(jù)算法集，來發(fā)現(xiàn)與新冠肺炎相關(guān)的早期癥狀，并隨著病情發(fā)展對(duì)患者進(jìn)行監(jiān)控。這款柔軟彈性的無線設(shè)備位于胸骨上切跡（suprasternal notch）的正下方，即喉嚨底部可見的凹陷處，該部位是監(jiān)測呼吸健康的理想位置。

最近，羅杰斯團(tuán)隊(duì)增加了一個(gè)可穿戴柔性脈搏血氧儀，使之與安裝在胸骨上的設(shè)備配成一對(duì)。這樣一來，醫(yī)師就可以持續(xù)監(jiān)測“隱形缺氧（silent hypoxia）”的癥狀。這種癥狀患者的血氧水平已經(jīng)低得驚人，但本人卻沒有覺察，然后病情突然加劇惡化，令人猝不及防。添加這一功能將幫助設(shè)備，連同算法集，更全面地描述疾病的發(fā)生、進(jìn)展以及對(duì)于治療的反應(yīng)。

羅杰斯表示：“該設(shè)備測量皮膚上非常微弱的振動(dòng)，內(nèi)置溫度傳感器來監(jiān)測發(fā)燒。當(dāng)你咳嗽和呼吸時(shí)，它記錄咳嗽的次數(shù)，監(jiān)測咳嗽的強(qiáng)度，并檢測呼吸困難。喉嚨上的位置離頸動(dòng)脈足夠近，因此可以測量血流的力學(xué)特征，監(jiān)測心率?！毙鞄洷硎荆骸斑@個(gè)傳感器系統(tǒng)針對(duì)新冠肺炎的主要癥狀，目的是盡早發(fā)現(xiàn)感染的患者。這是一套臨床級(jí)傳感器，裝在一個(gè)小設(shè)備中。當(dāng)它放在喉部時(shí)，人們甚至不會(huì)意識(shí)到它在那里?！?/p>

技術(shù)從四月份發(fā)布這個(gè)設(shè)備開始，團(tuán)隊(duì)已經(jīng)對(duì) Shirley Ryan AbilityLab 和美國西北紀(jì)念醫(yī)院中的52名新型冠狀病毒陽性的醫(yī)生、護(hù)士、康復(fù)專家和患者進(jìn)行了測試，而且在醫(yī)院和家中都測試過該設(shè)備。

通過這些測試，羅杰斯及其團(tuán)隊(duì)采集了三千小時(shí)的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將繼續(xù)強(qiáng)化這個(gè)設(shè)備的算法。最終，機(jī)器學(xué)習(xí)算法將變得足夠智能，從而可以區(qū)分類似新冠肺炎的咳嗽以及過敏、感冒或干燥引起的良性咳嗽。團(tuán)隊(duì)預(yù)計(jì)到年底時(shí)將測試達(dá)500名受試者。算法開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者、Shirley Ryan AbilityLab 的研究助理科學(xué)家 Arun Jayaraman 表示：“我們已經(jīng)清楚地看到，傳感器采集到的新冠肺炎患者與健康對(duì)照組之間的生命體征差異。我們正在合作開發(fā)用于早期檢測這種疾病的預(yù)測算法?！?/p>

美國西北大學(xué)醫(yī)學(xué)院胸外科主任安基特·巴拉特（Ankit Bharat）是首個(gè)在美國對(duì)于新冠肺炎患者進(jìn)行雙肺移植的醫(yī)生。他正在他的肺病患者身上積極測試這個(gè)設(shè)備。該設(shè)備將數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)揭粋€(gè)受“健康保險(xiǎn)便攜性和責(zé)任法案（HIPAA）”保護(hù)的“云”上。在那里，自動(dòng)化算法生成一個(gè)為方便快速、遠(yuǎn)程監(jiān)控而定制的圖形摘要。這使得巴拉特在他的病患出院之后還能繼續(xù)監(jiān)測他們的健康。

獲取個(gè)體數(shù)據(jù)、安全上傳數(shù)據(jù)的自動(dòng)化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及評(píng)估新冠肺炎癥狀和恢復(fù)的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。（圖片來源：參考資料【1】）

巴拉特表示：“它提供了關(guān)于每個(gè)患者呼吸狀況的有價(jià)值的信息。我們希望，隨著我們?cè)絹碓蕉嗟厥褂眠@個(gè)設(shè)備，遠(yuǎn)程監(jiān)測病患的能力將得到大幅改善。在疫情大流行的情況下，遠(yuǎn)程監(jiān)控能力提升了醫(yī)療效率，同時(shí)也加強(qiáng)了醫(yī)護(hù)人員對(duì)于病毒的防護(hù)。”

為了加速制造與部署，羅杰斯與徐帥基于西北大學(xué)與 Shirley Ryan AbilityLab 聯(lián)合開發(fā)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP），創(chuàng)辦了一家技術(shù)創(chuàng)業(yè)公司 Sonica Health。與這個(gè)項(xiàng)目相關(guān)的知識(shí)產(chǎn)權(quán)由美國西北大學(xué)創(chuàng)新與初創(chuàng)企業(yè)辦公室來管理。這個(gè)項(xiàng)目得到了美國生物醫(yī)學(xué)高級(jí)研究和發(fā)展管理局（BARDA）的支持，BARDA 是美國衛(wèi)生與公眾服務(wù)部備災(zāi)及應(yīng)變助理秘書長辦公室的一個(gè)組成部分。Sonica Health 之前與 BARDA 在關(guān)注慢性阻塞性肺病（COPD）方面的技術(shù)上展開合作?，F(xiàn)在，這個(gè)合作關(guān)系拓展到關(guān)注新型冠狀病毒肺炎的早期檢測以及其他高風(fēng)險(xiǎn)臨床人員的呼吸道感染，并與另一家來自 Querrey Simpson 生物電子研究所（QSIB）的衍生公司 Sibel Health 合作提供脈搏血氧傳感器。在 BARDA 的支持下，Sonica Health 和 Sibel Health 將聯(lián)合向美國食品和藥物管理局（FDA）提交這個(gè)設(shè)備以及相關(guān)算法?？傮w目標(biāo)是一個(gè)獲得 FDA 批準(zhǔn)的平臺(tái)，該平臺(tái)可以對(duì)新型冠狀病毒肺炎感染進(jìn)行早期示警，幫助減少病毒的傳播。