Nyt mobilt sundhedsværktøj måler hæmoglobin uden at trække blod

Forskere har udviklet en måde at bruge smartphone-billeder af en persons øjenlåg til at vurdere blodets hæmoglobinniveau. Evnen til at udføre en af ​​de mest almindelige kliniske laboratorietest uden at tage blodprøver kan hjælpe med at reducere behovet for personlige klinikbesøg, gøre det lettere at overvåge patienter, der er i kritisk tilstand, og forbedre plejen i lav- og mellemindkomstlande, hvor adgangen til testlaboratorier er begrænset.

"Vores nye mobile sundhedstilgang baner vejen for sengekanten eller fjerntestning af hæmoglobinniveauer i blodet for at påvise anæmi, akut nyreskade og blødninger, eller til at vurdere blodsygdomme såsom seglcelleanæmi." sagde lederen af ​​forskningsteamet Young Kim fra Purdue University. "Covid-19-pandemien har i høj grad øget bevidstheden om behovet for udvidede mobile sundheds- og telemedicinske tjenester."

Kim og kolleger fra University of Indianapolis, Vanderbilt University School of Medicine i USA og Moi University School of Medicine i Kenya rapporterer om den nye tilgang i Optica .

Forskerne brugte software til at omdanne det indbyggede kamera i en smartphone til et hyperspektralt billedapparat, der pålideligt måler hæmoglobinniveauer (et mål for blodets iltbærende kapacitet) uden behov for hardwaremodifikationer eller tilbehør. En klinisk pilottest med frivillige på Moi University Teaching and Referral Hospital viste, at forudsigelsesfejl for smartphoneteknikken var inden for 5 til 10 procent af dem, der blev målt med klinisk laboratorieblod.

Kims laboratorium fokuserer på at udvikle sundhedsteknologier, der først er designet og testet i de ressourcebegrænsede omgivelser i lav- og mellemindkomstlande. Disse innovationer anvendes derefter på vigtige sundhedsudfordringer i udviklede lande som USA.

"Denne nye teknologi kan være meget nyttig til at opdage anæmi, som er karakteriseret ved lave niveauer af blodhæmoglobin, " sagde Kim. "Dette er et stort folkesundhedsproblem i udviklingslande, men kan også være forårsaget af kræft og kræftbehandlinger."

Spektral information fra en smartphone

Spektroskopisk analyse bruges almindeligvis til at måle blodets hæmoglobinindhold, fordi det har et tydeligt lysabsorptionsspektrum, eller fingeraftryk, i det synlige bølgelængdeområde. Imidlertid, denne type analyse kræver typisk omfangsrige og dyre optiske komponenter.

Forskerne skabte en mobil sundhedsversion af denne analyse ved at bruge en tilgang kendt som spektral superopløsningsspektroskopi. Denne teknik bruger software til virtuelt at konvertere fotos erhvervet med lavopløsningssystemer såsom et smartphone-kamera til digitale spektrale signaler i høj opløsning.

Forskerne valgte det indre øjenlåg som et følested, fordi mikrovaskulatur er let synlig der; den er let tilgængelig og har forholdsvis ensartet rødme. Det indre øjenlåg påvirkes heller ikke af hudfarve, hvilket eliminerer behovet for personlige kalibreringer.

For at udføre en blodhæmoglobinmåling med den nye teknik, patienten trækker det indre øjenlåg ned for at blotlægge de små blodkar nedenunder. En sundhedsperson eller uddannet person bruger derefter smartphone-appen udviklet af forskerne til at tage billeder af øjenlågene. En spektral superopløsningsalgoritme anvendes til at udtrække den detaljerede spektrale information fra kameraets billeder, og derefter kvantificerer en anden beregningsalgoritme blodhæmoglobinindholdet ved at detektere dets unikke spektrale funktioner.

Mobilappen indeholder flere funktioner designet til at stabilisere smartphones billedkvalitet og synkronisere smartphonelommelygten for at opnå ensartede billeder. Det giver også øjenlågsformede retningslinjer på skærmen for at sikre, at brugerne opretholder en ensartet afstand mellem smartphone-kameraet og patientens øjenlåg. Selvom spektralinformationen i øjeblikket udvindes ved hjælp af en algoritme på en separat computer, forskerne forventer, at algoritmen kan indarbejdes i mobilappen.

Klinisk test

Forskerne testede den nye teknik med 153 frivillige, som blev henvist til konventionelle blodprøver på Moi University Teaching and Referral Hospital. De brugte data fra en tilfældigt udvalgt gruppe på 138 patienter til at træne algoritmen, testede derefter den mobile sundhedsapp med de resterende 15 frivillige. Resultaterne viste, at den mobile sundhedstest kunne give målinger, der kan sammenlignes med traditionelle blodprøver over en bred vifte af blodhæmoglobinværdier.

I en separat klinisk undersøgelse, mobilappen bliver brugt til at vurdere onkologiske patienter på Indiana University Simon Cancer Center. Forskerne arbejder også sammen med University of Rwanda for at udføre yderligere undersøgelser og planlægger at samarbejde med Shrimad Rajchandra Hospital i Indien for at bruge det mobile sundhedsværktøj til at vurdere ernæringsstatus, anæmi, og seglcellesygdom hos deres patienter.

"Vores arbejde viser, at datadrevet og datacentreret lysbaseret forskning kan give nye måder at minimere hardwarekompleksitet og lette mobil sundhed, ", siger Kim. "Ved at kombinere de indbyggede sensorer, der er tilgængelige i nutidens smartphones, med datacentrerede tilgange, kan det sætte tempoet op for innovation og forskningsoversættelse på dette område."