Onderzoekers hebben een manier ontwikkeld om smartphonebeelden van iemands oogleden te gebruiken om het hemoglobinegehalte in het bloed te beoordelen. De mogelijkheid om een ​​van de meest voorkomende klinische laboratoriumtests uit te voeren zonder bloedafname, zou de behoefte aan persoonlijke kliniekbezoeken kunnen verminderen, het gemakkelijker maken om patiënten in kritieke toestand te controleren, en de zorg verbeteren in lage- en middeninkomenslanden waar de toegang tot testlaboratoria beperkt is.

"Onze nieuwe mobiele gezondheidsaanpak maakt de weg vrij voor het testen van bloedhemoglobineniveaus aan het bed of op afstand voor het opsporen van bloedarmoede, acuut nierletsel en bloedingen, of voor het beoordelen van bloedaandoeningen zoals sikkelcelanemie", zei onderzoeksteamleider Young Kim van Purdue University. "De COVID-19-pandemie heeft het bewustzijn van de noodzaak van uitgebreide mobiele gezondheids- en telegeneeskundediensten enorm vergroot."

Kim en collega's van de Universiteit van Indianapolis, Vanderbilt University School of Medicine in de VS en Moi University School of Medicine in Kenia rapporteren de nieuwe aanpak in optiek .

De onderzoekers gebruikten software om de ingebouwde camera van een smartphone om te zetten in een hyperspectrale imager die op betrouwbare wijze het hemoglobinegehalte meet (een maat voor het zuurstoftransporterend vermogen van bloed) zonder dat er hardwareaanpassingen of accessoires nodig zijn. Een klinische pilottest met vrijwilligers van het Moi University Teaching and Referral Hospital toonde aan dat voorspellingsfouten voor de smartphonetechniek binnen 5 tot 10 procent lagen van die gemeten met klinisch laboratoriumbloed.

Het laboratorium van Kim richt zich op het ontwikkelen van technologieën voor de gezondheidszorg die eerst zijn ontworpen en getest in de schaarse omgeving van lage- en middeninkomenslanden. Deze innovaties worden vervolgens toegepast op belangrijke gezondheidsuitdagingen in ontwikkelde landen zoals de VS.

"Deze nieuwe technologie kan erg nuttig zijn voor het opsporen van bloedarmoede, die wordt gekenmerkt door een laag hemoglobinegehalte in het bloed, "zei Kim. "Dit is een groot probleem voor de volksgezondheid in ontwikkelingslanden, maar kan ook worden veroorzaakt door kanker en kankerbehandelingen."

Spectrale informatie van een smartphone

Spectroscopische analyse wordt vaak gebruikt om het hemoglobinegehalte in het bloed te meten, omdat het een duidelijk lichtabsorptiespectrum heeft, of vingerafdruk, in het zichtbare golflengtebereik. Echter, dit type analyse vereist typisch omvangrijke en dure optische componenten.

De onderzoekers hebben een mobiele gezondheidsversie van deze analyse gemaakt met behulp van een benadering die bekend staat als spectrale superresolutiespectroscopie. Deze techniek maakt gebruik van software om foto's die zijn gemaakt met systemen met een lage resolutie, zoals een smartphonecamera, virtueel om te zetten in digitale spectrale signalen met een hoge resolutie.

De onderzoekers kozen het binnenste ooglid als waarnemingsplaats omdat daar de microvasculatuur goed zichtbaar is; het is gemakkelijk toegankelijk en heeft een relatief uniforme roodheid. Het binnenste ooglid wordt ook niet beïnvloed door de huidskleur, waardoor er geen persoonlijke kalibraties nodig zijn.

Om met de nieuwe techniek een bloedhemoglobinemeting uit te voeren, de patiënt trekt het binnenste ooglid naar beneden om de kleine bloedvaten eronder bloot te leggen. Een zorgprofessional of getraind persoon maakt vervolgens met de door de onderzoekers ontwikkelde smartphone-app foto's van de oogleden. Een spectrale superresolutie-algoritme wordt toegepast om de gedetailleerde spectrale informatie uit de camerabeelden te extraheren en vervolgens kwantificeert een ander computationeel algoritme het hemoglobinegehalte in het bloed door de unieke spectrale kenmerken ervan te detecteren.

De mobiele app bevat verschillende functies die zijn ontworpen om de beeldkwaliteit van de smartphone te stabiliseren en de zaklamp van de smartphone te synchroniseren om consistente beelden te verkrijgen. Het biedt ook ooglidvormige richtlijnen op het scherm om ervoor te zorgen dat gebruikers een consistente afstand houden tussen de smartphonecamera en het ooglid van de patiënt. Hoewel de spectrale informatie momenteel wordt geëxtraheerd met behulp van een algoritme op een aparte computer, de onderzoekers verwachten dat het algoritme verwerkt kan worden in de mobiele app.

Klinische testen

De onderzoekers testten de nieuwe techniek met 153 vrijwilligers die werden verwezen voor conventionele bloedonderzoeken in het Moi University Teaching and Referral Hospital. Ze gebruikten gegevens van een willekeurig geselecteerde groep van 138 patiënten om het algoritme te trainen, testte vervolgens de mobiele gezondheidsapp met de overige 15 vrijwilligers. De resultaten toonden aan dat de mobiele gezondheidstest metingen kon leveren die vergelijkbaar zijn met traditionele bloedtesten over een breed scala aan bloedhemoglobinewaarden.

In een afzonderlijke klinische studie, de mobiele app wordt gebruikt om oncologiepatiënten te beoordelen aan het Indiana University Simon Cancer Center. De onderzoekers werken ook samen met de Universiteit van Rwanda om verdere studies uit te voeren en zijn van plan om samen te werken met het Shrimad Rajchandra Hospital in India om de mobiele gezondheidstool te gebruiken om de voedingsstatus te beoordelen, Bloedarmoede, en sikkelcelziekte bij hun patiënten.

"Ons werk toont aan dat datagestuurd en datacentrisch, op licht gebaseerd onderzoek nieuwe manieren kan bieden om de hardwarecomplexiteit te minimaliseren en mobiele gezondheid te vergemakkelijken. "zegt Kim. "Het combineren van de ingebouwde sensoren die beschikbaar zijn in de smartphones van vandaag met datacentrische benaderingen kan het tempo van innovatie en onderzoeksvertaling op dit gebied versnellen."