Vědci kombinují nositelné biosenzory a strojové učení, aby bojovali…
Vědci spojili nositelné biosenzory se strojovým učením, aby pomohli léčit zneužívání návykových látek.
Nositelná zařízení nacházejí ve zdravotnictví stále větší využití, od počitadel kroků k podpoře fyzické zdatnosti až po monitory srdeční frekvence pro preventivní zdravotnické aplikace. Tato kompaktní zařízení s nízkou spotřebou energie je obtížné navrhnout, ale jejich potenciál ke zlepšení zdraví a fitness aplikací byl nepopiratelný.
Nyní v prostředí výzkumu tato malá zařízení nalézají výzvu k řešení vážného problému, který byl v roce 2017 prohlášen za mimořádnou událost v oblasti veřejného zdraví: zneužívání návykových látek.
Rostoucí epidemie zneužívání návykových látek
Centra pro kontrolu a prevenci nemocí (CDC) vykázala zvýšení počtu úmrtí v důsledku předávkování opioidy ve Spojených státech, ze 47 600 úmrtí hlášených v roce 2017 na 18 515 v roce 2007. Epidemie užívání návykových látek bohužel nepostihla pouze Spojené státy, ale byla hlášena v mnoha zemích po celém světě, včetně Kanady a Francie.
Statistiky z let 1999 až 2017 ukazují rostoucí trend úmrtí v důsledku předávkování opiáty. S laskavým svolením CDC WONDER prostřednictvím Národního institutu zneužívání drog.
Členové vědecké komunity se snaží bojovat proti této rostoucí epidemii pomocí technologií. Z různých objevených technologických platforem nabízejí nositelná zařízení řadu výhod, zejména schopnost nepřetržitě sledovat pacienty s poruchami užívání návykových látek v jejich každodenním životě. Tento typ sledování posoudí dodržování léčby, v případě potřeby usnadní zásah a v případě potřeby upozorní ambulantní služby.
Za účelem sledování této možnosti vzdáleného monitorování zkoumá skupina vědců a lékařů z Texaské univerzity v Tyleru a Lékařské fakulty University of Massachusetts použití přenosného biosenzoru ke sledování dodržování léčby u pacientů s poruchami souvisejícími s následujícími. zneužívání návykových látek. Jejich článek z roku 2019 s názvem „Přístup založený na strojovém učení ke zjišťování neslučitelnosti při spolupráci při sledování zneužívání opioidů pomocí přenosného biosenzoru“ podrobně popisuje její práci.
Detekce užívání opioidů přenosnými biosenzory
Výzkumná skupina použila přenosný biosenzor E4 od společnosti Empatica, stejné společnosti, která vyrábí hodiny Embrace2, přenosný biosenzor, k detekci epilepsie u dětí.
Obrázek náramkových hodinek E4. K přepínání mezi různými provozními režimy je k dispozici jedno přihlašovací tlačítko uživatele. Můžete sledovat obě elektrody na řemínku na zápěstí a měřit tak elektrodermální aktivitu. S laskavým svolením Empatica.
Na rozdíl od hodinek Embrace2 není E4 schválen FDA, ale je určen pro výzkumné účely. Model E4 zahrnuje řadu snímacích schopností, včetně srdeční frekvence, impedance kůže, teploty a pohybu.
V této studii výzkumná skupina využila schopnosti senzorů E4 ke sběru dat o aktivních uživatelích drog a poté použila techniky strojového učení k vývoji prediktorů nedodržování léčebných režimů.
Podle předchozích studií
Členové této výzkumné skupiny bohužel již několik let pracují v této technologické oblasti, protože drogová epidemie stále roste. Jejich rané práce sahají do roku 2015, kdy k monitorování změn v elektrodermální aktivitě, teplotě pokožky a pohybu používali Q Sensor, předchůdce nositelného zařízení E4, které je nyní ukončeno. Skupina zaznamenávala data jednoho pacienta během jeho každodenních činností.
Křivka prostoru pro snímače Q a Q Affectiva. S laskavým svolením skupiny MIT Affective Computing Group.
Q senzor dokázal detekovat změny zaznamenaných fyziologických signálů a tyto změny byly podpořeny případy užívání drog, které hlásili sami. Jak si dokážete představit, retrospektivní detekce užívání drog není pro monitorování v reálném čase zvlášť vhodná.
Detekce užívání opiátů pomocí strojového učení
V roce 2018 skupina prokázala algoritmus automatické detekce užívání opioidů měřením změn v elektrodermální aktivitě, teplotě kůže a pohybu. Ve své studii z roku 2018 s názvem „Automatizovaná detekce absorpce opioidů pomocí přenosného biosenzoru“ vyvinuli dokumenty z roku 2015 využívající strojové učení a rozpoznávání vzorů k automatickému rozlišení základních hodnot různých fyziologických signálů od abnormálních hodnot způsobených jimi. zneužívání návykových látek.
Možné čipové sady pro přenosné biosenzory
O konkrétních čipových sadách použitých v nositelném E4 nebo Q-senzoru není mnoho podrobností. Vzhledem k popularitě biometrických monitorů však můžeme odhadnout použití libovolného počtu populárních čipových sad dostupných pro srdeční frekvenci, například AFE4490 od společnosti Texas Instruments nebo novější integrované obvody řady MAX3010X od společnosti Maxim Integrated. Stala se oblíbenou u funkce monitoru srdečního tepu u řady telefonů Samsung Galaxy.
Maxim Integrated zdůraznil mnoho hardwarových komponent a aplikací zdravotnických aplikací, které vydali, včetně přenosné platformy pro vzdálené biometrické monitorování pro vývojáře. Spolu s Maxim, Omron a ROHM nabízí také biometrická monitorovací zařízení jako koncová zařízení.
Funkční blokové schéma MAX30102. Obrázek datového listu MAX30102. Klikni pro zvětšení.
Rozhodně je zde snímač lidského těla MAX30205 společnosti Maxim Integrated, nebo pokud návrhář místo toho potřebuje bezkontaktní infračervenou termofilní cestu, byl by vhodný MLX90632 společnosti Melexis. Pokud se chcete o tomto tématu dozvědět více, stručně jsme probrali některé čipové sady pro EDA v předchozím článku o přenosných statických monitorech cvičení.
Prozkoumáním vědecké literatury můžeme jasně vidět rostoucí potřebu pokročilých zpracovatelských schopností vestavěného hardwaru pro zvládnutí stále rostoucího množství dat senzorů potřebných k výrobě inteligentních algoritmů.
