導(dǎo)讀

據(jù)美國西北大學(xué)官網(wǎng)近日報道，該?？茖W(xué)家開發(fā)出臨床級可穿戴設(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)并通過機器學(xué)習(xí)算法進行分析，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，例如運動計步、睡眠監(jiān)測、虛擬現(xiàn)實、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、運動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）的早期癥狀可能會是一個非常吸引人的想法，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)團隊，于7月1日在《科學(xué)進展（Science Advances）》期刊上發(fā)表了一篇新論文，將大眾化的消費電子產(chǎn)品與臨床級監(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）博士以及羅杰斯實驗室（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)會雜志報道，新型冠狀病毒肺炎三個最重要的早期癥狀是發(fā)燒、氣短和咳嗽。你會想要用可穿戴技術(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?！苯衲甏禾欤_杰斯團隊與 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)展對患者進行監(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，羅杰斯團隊增加了一個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。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、進展以及對于治療的反應(yīng)。

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

技術(shù)從四月份發(fā)布這個設(shè)備開始，團隊已經(jīng)對 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、護士、康復(fù)專家和患者進行了測試，而且在醫(yī)院和家中都測試過該設(shè)備。

通過這些測試，羅杰斯及其團隊采集了三千小時的數(shù)據(jù)，這些數(shù)據(jù)將繼續(xù)強化這個設(shè)備的算法。最終，機器學(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。團隊預(yù)計到年底時將測試達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）是首個在美國對于新冠肺炎患者進行雙肺移植的醫(yī)生。他正在他的肺病患者身上積極測試這個設(shè)備。該設(shè)備將數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸?shù)揭粋€受“健康保險便攜性和責(zé)任法案（HIPAA）”保護的“云”上。在那里，自動化算法生成一個為方便快速、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。

獲取個體數(shù)據(jù)、安全上傳數(shù)據(jù)的自動化數(shù)據(jù)管理系統(tǒng)以及評估新冠肺炎癥狀和恢復(fù)的機器學(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)于每個患者呼吸狀況的有價值的信息。我們希望，隨著我們越來越多地使用這個設(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，同時也加強了醫(yī)護人員對于病毒的防護?！?/p>

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。與這個項目相關(guān)的知識產(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。這個項目得到了美國生物醫(yī)學(xué)高級研究和發(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組成部分。Sonica Health 之前與 BARDA 在關(guān)注慢性阻塞性肺?。–OPD）方面的技術(shù)上展開合作?，F(xiàn)在，這個合作關(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）提交這個設(shè)備以及相關(guān)算法。總體目標(biāo)是一個獲得 FDA 批準(zhǔn)的平臺，該平臺可以對新型冠狀病毒肺炎感染進行早期示警，幫助減少病毒的傳播。