Naarmate telegeneeskunde populairder is geworden, zijn er ook apparaten waarmee mensen hun vitale functies vanuit huis kunnen meten en de resultaten via de computer naar hun artsen kunnen verzenden. Maar in veel gevallen is het verkrijgen van nauwkeurige metingen op afstand voor mensen van kleur een hardnekkige uitdaging gebleken.

Neem bijvoorbeeld hartslagmetingen op afstand, die afhankelijk zijn van een camera die subtiele veranderingen in de kleur van het gezicht van een patiënt waarneemt, veroorzaakt door fluctuaties in de bloedstroom onder hun huid. Deze apparaten, die deel uitmaken van een opkomende klasse van externe technologieën, hebben consequent moeite met het lezen van kleurveranderingen bij mensen met donkere huidtinten, zei Achuta Kadambi, een assistent-professor elektrische en computertechniek aan de UCLA Samueli School of Engineering.

Kadambi en zijn team hebben nu een diagnostische techniek op afstand ontwikkeld die deze impliciete voorkeur voor een donkere huid wegneemt en tegelijkertijd de hartslagmetingen nauwkeuriger maakt voor patiënten over het volledige scala van huidtinten. Hun geheim? De op licht gebaseerde metingen van een camera combineren met radiogebaseerde metingen van radar.

De onderzoekers presenteerden hun bevindingen, onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ACM Transactions on Graphics , op de SIGGRAPH 2022-conferentie in Vancouver, British Columbia. De conferentie, die zowel virtueel als persoonlijk wordt gehouden, wordt jaarlijks georganiseerd door leden van de Association for Computing Machinery.

De vooruitgang zou kunnen leiden tot nieuwe klassen van hoogwaardige medische apparaten en technologieën op afstand die nauwkeuriger en rechtvaardiger zijn, aldus de onderzoekers, waardoor artsen en gezondheidszorgsystemen patiënten met vertrouwen op afstand kunnen volgen, zowel in klinische omgevingen als vanuit de huizen van patiënten.

"In het grotere geheel laat dit werk zien dat praktische en innovatieve technische oplossingen hardnekkige vooroordelen in medische hulpmiddelen kunnen aanpakken", zegt Kadambi, die ook lid is van het California NanoSystems Institute aan de UCLA. "Maar daarvoor moet eerst worden erkend dat een dergelijke vooringenomenheid betekent dat de huidige beste technologie misschien niet voor iedereen de beste is. Door een doordacht ontwerp kunnen we billijke oplossingen vinden die even goed of beter presteren."

De fusie van twee technieken door het UCLA-team toont een veelbelovend pad naar het bereiken van die doelen, zei Kadambi, die ook een assistent-professor in de computerwetenschappen en hoofdonderzoeker van het onderzoek is. Als hoofd van de Visual Machines Group aan de UCLA heeft hij geschreven over verschillende soorten vooroordelen in medische hulpmiddelen en hoe deze te verhelpen.

Bij het ontwikkelen van hun nieuwe technologie toonden de onderzoekers eerst aan dat het remote sensing-apparaat zelf de bron van de vertekening was. , signaal dat wordt gebruikt in de huidige op camera's gebaseerde hartslagmetingen op afstand.

PPG-signalering wordt ook gebruikt om de hartslag te meten via apparaten zoals pulsoximeters, die op de vinger van een patiënt worden geklemd, evenals enkele draagbare commerciële producten en smartwatch-aangedreven apps. Deze apparaten zenden licht uit op de huid en voelen veranderingen in de hoeveelheid licht die wordt teruggekaatst door bloed dat net onder het oppervlak circuleert. Dat gereflecteerde licht produceert het PPG-signaal, een maat voor de hartslag van een patiënt.

Bij eerdere pogingen om vooroordelen over huidskleur in dergelijke technologieën aan te pakken, werd er over het algemeen naar gekeken om ze te corrigeren door middel van aanvullende programmering of door de basisnormen uit te breiden met een meer divers scala aan huidtinten. Maar geen van deze benaderingen richt zich op het echte probleem, zei Kadambi, namelijk de fysica van het apparaat zelf.

De UCLA-onderzoekers wendden zich in plaats daarvan tot een andere technologie die een schatting van de hartslag kan geven:radar. Bij 77 gigahertz kan de radar subtiele veranderingen detecteren in de verplaatsing van de borstkas ten opzichte van hartslagen. En hoewel deze methode het probleem van huidskleurafwijkingen oplost, is deze minder betrouwbaar dan PPG-signalering. Ze vonden echter succes door deze twee verschillende manieren van waarnemen - camera en radar - te combineren en ze te verfijnen door middel van machine learning om samen te werken.

In tests met 91 mensen hebben de onderzoekers aangetoond dat hun camera-radarsysteem beter presteert dan op camera's gebaseerde PPG op afstand in zowel meetnauwkeurigheid als eerlijkheid bij een breed scala aan huidtinten.

"Multimodale gezondheidszorg op afstand heeft het potentieel om apparaten eerlijker te maken, niet alleen voor huidtinten, maar voor een diverse reeks kenmerken, zoals body mass index, geslacht en verschillende gezondheidsproblemen", zegt Alexander Vilesov, een afgestudeerde student elektrotechniek en computertechniek aan de UCLA en een co-lead auteur van het papier. "De meeste van deze aspecten zijn niet grondig onderzocht, en een deel van ons toekomstig onderzoek probeert dergelijke vooroordelen te begrijpen."

De onderzoekers suggereerden dat dergelijke op eerlijkheid gebaseerde verbeteringen zouden kunnen worden aangebracht in andere soorten technologieën, zoals thermische, akoestische, nabij-infrarood- en lichtpolarisatiesensoren.

"De COVID-19-pandemie onthulde dat er nieuwe technologieën nodig zijn om artsen en zorgteams in staat te stellen hun patiënten op afstand te monitoren", zegt co-auteur Dr. Laleh Jalilian, een klinische assistent-professor anesthesiologie en perioperatieve geneeskunde aan UCLA Health. "Een belangrijk aandachtspunt vanaf het begin van onze samenwerking was het ontwikkelen van medische technologie die eerlijk en met hoge nauwkeurigheid presteert bij patiënten met verschillende huidskleuren, omdat dit artsen het vertrouwen geeft dat ze medische beslissingen van hoge kwaliteit kunnen nemen."

UCLA afgestudeerde studenten elektrotechniek en computertechniek, Pradyumna Chari en Adnan Armouti, zijn ook co-hoofdauteurs van het artikel. Andere auteurs van papers, allemaal leden van de Visual Machines Group, zijn UCLA-studenten Elektrotechniek en computertechniek, Anirudh Bindiganavale Harish, Kimaya Kulkarni en Ananya Deoghare. + Verder verkennen

Hoe nauwkeurig zijn de hartgegevens van smartwatches? Het hangt af van je huidskleur