Смартфон как диагностическое устройство. Обзор возможностей

Возможно, вы еще не знаете, но очень мощный инструмент для диагностики и контроля здоровья уже давно в вашем кармане. Буквально за несколько лет смартфоны получили настолько качественную камеру, мощные вычислительные возможности, доступ к неограниченному количеству данных в Интернете и набор сенсоров, что их теперь можно использовать для диагностики проблем со здоровьем.

Ученые и разработчики превратили смартфоны в микроскопы, кардиомониторы, детекторы тремора, системы контроля психического здоровья и многое другое. Они могут использоваться для анализа данных о здоровье человека и служить современным лабораторным оборудованием, улучшая доступ миллионов людей во всем мире к медицинскому обслуживанию. Некоторые приложения могут даже прогнозировать риск самоубийства на основании постоянно собираемой информации о своем "хозяине". По мере того, как смартфоны становятся все более доступными для большего количества людей во всем мире, они становятся популярными инструментами здравоохранения. Устройствами, которые могут диагностировать многие проблемы со здоровьем, потенциально спасая жизни людей, живущих слишком далеко от современных медицинских центров.

Давайте познакомимся с некоторыми возможностями, которые сегодня предлагают смартфоны.

Диагностировать ВИЧ

Группа исследователей университетского колледжа Лондона недавно разработала одноразовый датчик, который подключается к смартфону и может диагностировать ВИЧ за 10 секунд. Датчик представляет собой специализированный компьютерный чип, который содержит крошечные каналы, которые позволяют течь жидкости, такой как кровь. Внутренние поверхности каналов покрыты частицами, которые специально реагируют на ВИЧ. Когда в каналы добавляется кровь пациента, частицы реагируют, если кровь ВИЧ-положительна. Реакция обнаруживается датчиком, который посылает электрический сигнал в программу, установленную на смартфоне, и выводит результаты на экран врача.

Обнаружить респираторное заболевание у детей

Острые респираторные заболевания являются одной из основных причин смертности среди детей во всем мире. Новое приложение на базе смартфона, разработанное американскими врачами больницы штата Массачусетс, диагностирует острые респираторные заболевания у детей, анализируя, как звучит кашель.

Приложение, называемое ResAppDx, по утверждению разработчиков, сможет в итоге заменить рентгеновские снимки, компьютерную томографию, спирометрию, анализ крови и мокроты. В настоящее время разработчики проводят клинические испытания приложения для оценки его эффективности и доработки алгоритма.

Диагностировать кожные заболевания

Специализированное приложение на смартфоне, использующее камеру и облачную систему на базе алгоритмов глубокого обучения, способно более эффективно классифицировать кожные новообразования, чем профессиональные дерматологи. Исследование, проведенное группой ученых из разных стран, подтвердило, что нейронная сеть глубокого обучения превосходит врачей-специалистов в диагностике практически всех заболеваний кожи. Только две категории заболеваний кожи очень сложно диагностировать удаленно — это заболевания волос, такие как алопеция (облысение), и глубокие поражения кожи, включающие узелковые утолщения и кисты.

Подобное исследование проводили в прошлом году и ученые Стэндфордского университета (США), которые также обнаружили, что другое приложение на смартфоне, использующее систему на основе искусственного интеллекта, практически также хорошо работает при диагностике образований на коже.

Диагностировать болезнь Паркинсона

В рамках финансируемого ЕС проекта под названием i-PROGNOSIS, координируемого университетом Аристотеля в Салониках (Греция), было разработано приложение, которое работает со смартфонами, смарт-часами и фитнес-браслетами для отслеживания различных биологических сигналов, которые в совокупности могут сигнализировать о начале заболевания болезнью Паркинсона. Для диагностики используются голосовые характеристики, параметры движения рук, выражение лица на фотографиях и эмоциональное содержание текстовых сообщений, данные о которых собираются с согласия пользователя. При передаче данных применяется технология шифрования, которая заменяет имя пользователя кодированным идентификационным номером для защиты конфиденциальности.

В настоящее время исследовательская группа собирает данные от 5000 участников, которые в затем будут использованы для создания программы на основе искусственного интеллекта, которая может предупредить людей о возможном развитии болезни. Программа также будет иметь возможность предлагать упражнения, которые помогут улучшить питание, эмоциональное и физическое состояние пациента, а также умение писать и говорить.

Обнаружить фибрилляцию предсердий

Ученые из университета города Турку (Финляндия) разработали программное обеспечение для смартфона, которое может с точностью в 96% обнаруживать фибрилляцию предсердий, причем без использования каких-либо дополнительных устройств или электродов, подключаемых к смартфону.

Разработчики протестировали приложение, проводя трехминутную запись сердечной деятельности пациентов с помощью смартфона, помещенного посредине груди. Записи смартфона затем анализировались с помощью алгоритма, разработанного финскими исследователями. Алгоритм точно идентифицировал фибрилляцию с чувствительностью 95.3% и правильно классифицировал синусовый ритм со специфичностью 96%.

Измерять параметры кровотока

Перед проведением определенных процедур врач часто исследует, насколько хорошо кровь течет через артерии пациента. Для этого используется тест Аллена, для чего врач нажимает на две области на запястье пациента, чтобы временно остановить кровоток. После снятия давления врач проверяет, насколько быстро цвет возвращается в руку. В прошлом году было опубликовано исследование, которое доказало, что бесплатное приложение для iPhone под названием Instant Heart Rate может анализировать кровоток в указательном пальце человека более точно, чем Аллен-тест. Приложение работает с использованием фонарика и камеры смартфона. Программа анализирует отражение света от пальца человека и ищет изменения в цвете и яркости для интерпретации изменений в его пульсе. В исследовании диагностическая точность приложения для смартфонов составляла 94% по сравнению с 84% при использовании стандартного теста Аллена.

Проверить мужскую фертильность

Израильское подразделение немецкой фирмы Medical Electronic Systems выпустило набор, который позволяет мужчинам проверить количество сперматозоидов и их подвижность в своей сперме в удобных условиях своего дома. Этот комплект, получивший название YO, является первым в своем роде набором, который уже получил официальное разрешение на использование от израильских, европейских и американских регулирующих органов. Точность тестирования превышает 97%.

 Этот тест использует смартфон и электронное устройство многоразового использования, которое закрепляется на смартфоне, для визуализации в реальном времени движения сперматозоидов, что является критически важным фактором способности оплодотворить яйцеклетку.

Защитить от пищевого отравления

Специалисты американского университета Пердью разработали технологию обнаружения возбудителей пищевого отравления, которая может помочь определить, можно ли есть определенную пищу. Разработанное ими устройство закрепляется на смартфоне и позволяет производителю буквально за несколько минут проверить свой продукт на наличие болезнетворных бактерий.

Исследуемый продукт помещается в раствор, содержащий бактериофаги, которые ориентированы на определенные виды бактерий. Они начинают взаимодействовать с бактериями, например, e.Coli, а добавленный в раствор специальный химикат заставляет бактерии флуоресцировать. Для фиксации такого свечения, если оно присутствует, используется камера смартфона. Причем, несмотря на кажущуюся сложность процесса, тестирование проходит очень быстро, существенно быстрее, чем это делается в профессиональных лабораториях.

Проверить зрение

Компания Opternative запустила веб-сервис - активируемый голосом тест проверки зрения, позволяющий пользователям обновить свой рецепт на очки, используя только мобильное устройство с его камерой, даже если качество зрения их изменилось. Эта технология понимает голосовые команды пользователя и эффективно помогает ему менее, чем за 15 минут пройти тест на проверку зрения.

Сервис может диагностировать пациентов с близорукостью, дальнозоркостью, астигматизмом и эмметропией, но не используется для диагностики таких заболеваний как глаукома или катаракта, и обслуживает пациентов возрасте от 18 до 40 лет (требование регулирующих органов). Сервис не автоматический - после того, как пользователь проходит онлайновую проверку, результаты оценивает профессиональный офтальмолог.

Предотвратить самоубийство

Смартфоны могут в режиме реального времени зафиксировать факторы риска самоубийства и вмешаться, чтобы помешать ему осуществиться. Несколько групп ученых использовали смартфоны для получения подробной информации от людей, которые способны на самоубийство. Участников исследований просят ответить на вопросы, задаваемые с помощью текстовых сообщений в течение всего дня, а некоторых также надевать датчики, которые следят за их повседневной активностью и уровнем сна. Идея состоит в том, чтобы собирать конкретные, зависящие от времени данные от широкого круга людей в течение длительного периода времени, а затем использовать алгоритмы, основанные на искусственном интеллекте, чтобы определить поведенческие шаблоны, приводящие к самоубийству. После чего будет разработано приложение, которое выделяет тех, кто подвергается непосредственному риску, позволяя осуществлять своевременное вмешательство.

Смартфон как диагностическая лаборатория

Корейские специалисты из компании 1drop разработали недорогое устройство, который подключается к задней панели смартфона и использует в своей работе его камеру и светодиод. Встроенный в заднюю панель сенсор использует камеру смартфона и освещение для колориметрического анализа образца крови. Корейские разработчики смогли создать систему, которая может анализировать кровь и определять уровень сахара, гемоглобина и мочевой кислоты. В своей работе устройство использует дешевые одноразовые сенсоры (тестовые полоски), изготовленные из бумаги.

Израильская компания Healthy.io разработала набор Dip.io - домашний комплект для анализа мочи, который использует смартфон в качестве диагностического устройства клинического уровня. Это первый набор для анализа мочи на базе смартфона, который получил сертификацию FDA.

Healthy.io использует для проведения анализа метод распознавания цвета, систему компьютерного зрения и алгоритмы искусственного интеллекта, а также, естественно, набор для получения образца мочи и тестовые полоски. Причем, в отличие от многих других домашних тестов, пациенту ничего не нужно отсылать назад производителю, и он может получить итоговой результат прямо на месте.