Исследование, описанное в этой статье, было опубликовано на сервере препринтов, но еще не прошло рецензирование научными или медицинскими экспертами.
Во время нынешней пандемии коронавируса одной из самых рискованных частей работы медицинского работника является оценка людей, у которых есть симптомы Covid-19. Исследователи из Массачусетского технологического института и больницы Бригама и Женской больницы надеются снизить этот риск, используя роботов для удаленного измерения показателей жизнедеятельности пациентов.
Роботы, которые управляются с помощью портативного устройства, также могут иметь планшет, который позволяет врачам спрашивать пациентов об их симптомах, не находясь в одной комнате.
«В робототехнике одна из наших целей — использовать автоматизацию и робототехнику для увольнения людей с опасных работ», — говорит Хенвэй Хуанг, постдок из Массачусетского технологического института. «Мы подумали, что у нас есть возможность использовать робота, чтобы уберечь медицинского работника от риска прямого воздействия на пациента».
Используя четыре камеры, установленные на роботе, похожем на собаку, разработанном Boston Dynamics, исследователи показали, что они могут измерять температуру кожи, частоту дыхания, частоту пульса и сатурацию крови кислородом у здоровых пациентов на расстоянии 2 метров. Сейчас они планируют протестировать его на пациентах с симптомами Covid-19.
«Мы очень рады наладить это партнерство между промышленностью и академическим сообществом, в рамках которого ученые, обладающие инженерным и робототехническим опытом, работали с клиническими группами в больнице, чтобы внедрить сложные технологии у постели больного», — говорит Джованни Траверсо, доцент кафедры машиностроения Массачусетского технологического института, гастроэнтеролог. в Бригаме и женской больнице и старшим автором исследования.
Исследователи разместили статью о своей системе на сервере препринтов techRxiv и отправили ее в рецензируемый журнал. Хуанг — один из ведущих авторов исследования, наряду с Питером Чайем, доцентом кафедры неотложной медицины в Бригаме и женской больнице, и Клаасом Эмке, приглашенным ученым из ETH Zurich.
Измерение показателей жизнедеятельности
Когда в марте в Бостоне начался рост случаев заболевания Covid-19, многие больницы, в том числе Brigham и Women’s, установили палатки для сортировки вне своих отделений неотложной помощи для оценки людей с симптомами Covid-19. Одним из основных компонентов этой первоначальной оценки является измерение показателей жизнедеятельности, включая температуру тела.
Исследователи из Массачусетского технологического института и BWH предложили использовать робототехнику для бесконтактного мониторинга основных показателей жизнедеятельности, чтобы медицинские работники могли свести к минимуму воздействие потенциально инфекционных пациентов. Они решили использовать существующие технологии компьютерного зрения, которые могут измерять температуру, частоту дыхания, пульс и сатурацию крови кислородом, и постарались сделать их мобильными.
Для этого они использовали робота, известного как Спот, который может ходить на четырех ногах, как собака. Медицинские работники могут направлять робота туда, где сидят пациенты, с помощью портативного контроллера. Исследователи установили на робота четыре разные камеры — инфракрасную камеру и три монохромные камеры, которые фильтруют свет с разной длиной волны.
Исследователи разработали алгоритмы, которые позволяют им использовать инфракрасную камеру для измерения как повышенной температуры кожи, так и частоты дыхания. Что касается температуры тела, камера измеряет температуру кожи на лице, и алгоритм коррелирует эту температуру с внутренней температурой тела. Алгоритм также учитывает температуру окружающей среды и расстояние между камерой и пациентом, поэтому измерения можно проводить с разных расстояний, при разных погодных условиях и при этом оставаться точными.
Измерения с инфракрасной камеры также можно использовать для расчета частоты дыхания пациента. Когда пациент в маске вдыхает и выдыхает, его дыхание изменяет температуру маски. Измерение этого изменения температуры позволяет исследователям рассчитать, насколько быстро дышит пациент.
Каждая из трех монохромных камер фильтрует свет с разной длиной волны — 670, 810 и 880 нанометров. Эти длины волн позволяют исследователям измерить небольшие изменения цвета, которые возникают, когда гемоглобин в клетках крови связывается с кислородом и проходит через кровеносные сосуды. Алгоритм исследователей использует эти измерения для расчета частоты пульса и насыщения крови кислородом.
«На самом деле мы не разрабатывали новую технологию для проведения измерений», — говорит Хуанг. «Что мы сделали, так это интегрировали их вместе очень специально для приложения Covid, чтобы одновременно анализировать различные показатели жизнедеятельности».
Непрерывный мониторинг
В этом исследовании исследователи провели измерения на здоровых добровольцах, и теперь они планируют протестировать свой роботизированный подход на людях, у которых проявляются симптомы Covid-19, в отделении неотложной помощи больницы.
Хотя в ближайшем будущем исследователи планируют сосредоточиться на приложениях для сортировки, в более долгосрочной перспективе они предполагают, что роботов можно будет развернуть в палатах больниц. Это позволит роботам постоянно контролировать пациентов, а также позволит врачам проверять их состояние с помощью планшета, не заходя в палату. Для обоих приложений потребуется одобрение Управления по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов США.
Исследование финансировалось кафедрой машиностроения Массачусетского технологического института и профессором Карла ван Тасселя (1925 г.).