導讀

據(jù)美國西北大學官網(wǎng)近日報道，該校科學家開發(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)并通過機器學習算法進行分析，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。

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)測復雜的疾病。

創(chuàng)新生物電子學領(lǐng)域先驅(qū)人物約翰·A·羅杰斯（John A. Rogers）領(lǐng)導的美國西北大學團隊，于7月1日在《科學進展（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醫(yī)學院皮膚科醫(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。”今年春天，羅杰斯團隊與 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。

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。當它放在喉部時，人們甚至不會意識到它在那里。”

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 和美國西北紀念醫(yī)院中的52名新型冠狀病毒陽性的醫(yī)生、護士、康復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，機器學習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。團隊預計到年底時將測試達500名受試者。算法開發(fā)的領(lǐng)導者、Shirley Ryan AbilityLab 的研究助理科學家 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測算法。”

美國西北大學醫(yī)學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的機器學習算法。（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。”

為了加速制造與部署，羅杰斯與徐帥基于西北大學與 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)部備災及應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)注慢性阻塞性肺病（COPD）方面的技術(shù)上展開合作。現(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。總體目標是一個獲得 FDA 批準的平臺，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。