Печалби:
- Възможност за обяснение на възможностите и клопките при обработката на данни от носим сензор (PPG, акселерометър, температура на кожата) с изкуствен интелект
- Възможност за оценка на артефакта на движението, отклонението в цвета на кожата и ограниченията на немедицинските устройства
- Възможност за управление на тежестта на фалшивите аларми и необходимостта от клинична проверка на предупрежденията за непрекъснат мониторинг
Устройствата за носене (смарт часовници, китки, лепенки, пръстени) пренесоха физиологичните измервания извън болницата в ежедневието. Тези устройства непрекъснато измерват сърдечната честота, насищането с кислород, активността, съня и понякога ЕКГ. За биомедицинския инженер това е безпрецедентен източник на данни: не само няколко минути в лабораторията, а седмици непрекъснат мониторинг в реалния живот. Но тези данни са далеч от контролираните условия на клиничната среда. В този раздел ще видим възможностите, най-важните клопки (артефакт на движение, отклонение в цвета на кожата, клас на устройството) и тежестта на фалшивите аларми при обработката на данни от сензори за носене с изкуствен интелект.
Нека направим разграничение отпред: повечето потребителски носими устройства не са медицински устройства; Това е за целите на „здравословен живот/уелнес“. Някои функции (определени ЕКГ или уведомления за предсърдно мъждене) може да са получили регулаторно одобрение, но дори те не са диагностични, а насочват към лекар. Изкуственият интелект генерира тенденции и осведоменост в тези данни; Диагнозата принадлежи на лекаря.
Видове сензори и какво измерват
PPG (фотоплетизмография): Изпраща зелена/инфрачервена светлина към кожата и оценява честотата на пулса и индиректно насищането с кислород от промяната в отражението. Той е евтин и често срещан, но много чувствителен към движение.
Акселерометър: Измерва движение и позиция; Използва се за броене на стъпки, откриване на падане и класифициране на сън/активност.
Температура на кожата и електродермална активност: Температурни тенденции и проводимост, дължащи се на изпотяване; Дава индиректни указания при стрес и мониторинг на цикъла.
Едноканална ЕКГ: Някои устройства правят краткотрайна едноканална ЕКГ с контакт с пръст. Това не е заместител на 12-каналната диагностична ЕКГ; Това е ограничен инструмент за сканиране.
Трите най-важни капана
Артефакт на движение. PPG сигналът се изкривява при ходене, махане или шофиране. Моделът може да обърка шума от движение за сърдечен ритъм. Така че в носими AI, данните от акселерометъра карат PPG да се запита „надеждно ли е?“ (сливане на сензори).
Тен на кожата и физически пристрастия. Оптичните сензори може да са по-малко точни при по-тъмни тонове на кожата, татуировки и ниска перфузия (студено, лошо кръвообращение). Ако един модел се обучава с предимно светлокожи, млади, здрави потребители, той ще допуска систематични грешки в различни групи. Това е въпрос на справедливост и безопасност на пациентите.
Клас на устройството и контекст. Данните за потребителските устройства не са толкова точни, колкото данните от клиничните монитори. Етикети като „стадий на сън“ или „резултат на стрес“ често са груби оценки и не са валидирани за клинична диагноза.
Три мини калъфа: с числата
Случай 1 — Натоварване с фалшива аларма. Функция за уведомяване за предсърдно мъждене генерира хиляди уведомления на месец в активната потребителска група; Малка част от докладите бяха истински, когато бяха потвърдени от потвърдителна медицинска ЕКГ. Фактът, че много здрави потребители бяха обременени с ненужно безпокойство и ненужно приемане в клиниката, ни напомни, че с ниска вероятност преди теста много положителни доклади може да се окажат неверни. Уведомлението беше знак за скрининг, а не диагноза.
Случай 2 — Пулсът е нарушен от движение. В текущо проучване сърдечният ритъм на PPG се заключи върху честотата на люлеене на ръката, показвайки 130 вместо действителните 160. Когато беше добавено сливане на акселерометър, флагът за надеждност на сърдечния ритъм беше понижен по време на периоди на интензивно движение и грешни стойности не бяха докладвани. Сливането на сензора значително повишава точността.
Случай 3 — Улавяне на тенденция. При проследяване след изписване от интензивното отделение, бавното увеличаване на сърдечната честота в покой на носещото устройство за няколко дни беше отбелязано преди развитието на инфекция, което позволява ранна оценка на пациента. Стойността тук не беше едно измерване, а тенденция спрямо собствената базова линия; Решението обаче е взето въз основа на лекарска оценка.
Слаба подкана / Силна подкана
Слаба подкана:
Вижте данните на часовника ми, болен ли съм? [данни]
Мощна подкана:
Вашата роля: Вие сте носещ асистент за анализ на данни (ВИЕ НЕ СТЕ ДИАГНОЗА, а не медицинско устройство). Оценете следните анонимни измервания на носимо устройство: - Интерпретирайте стойностите като ТЕНДЕНЦИЯ спрямо собствената базова линия на лицето, приписвайки диагнозата на едно измерване. - Маркирайте възможните периоди на артефакт на движение и ниско качество на сигнала. - Посочете във всяка разпечатка, че устройството не е валидирано за медицинска диагностика. - Избройте отделно флаговете „препоръчва се консултация с лекар“ в края. Анонимни измервания: [HR тенденция, SpO2, активност, сън, качество на сигнала]
Четири копируеми шаблона
1) Анализ на тенденциите:
Обобщете следните 14-дневни серии от пулс в покой като тенденция според изходното ниво на лицето; Маркирайте значителни отклонения. Не поставяйте диагноза. Серия: [данни]
2) Маркиране на качеството на сигнала:
В тази серия PPG сърдечен ритъм маркирайте като „ниска степен на достоверност“ периоди на възможен артефакт на движение въз основа на придружаващите данни от акселерометъра. Данни: [сериен]
3) Оценка на фалшива аларма:
За функция за уведомяване изгответе кратка бележка, обясняваща колко положителни известия може да са фалшиви положителни резултати при ниска вероятност преди теста.
4) Текст с информация за потребителя:
Напишете текст на екрана, който представя изхода на носимото устройство: „Това не е медицинска диагноза; ако имате симптоми, консултирайте се с лекар“ на ясен език.
Роля на модела: По вид задача
Тип задача
Принос на AI
критичност
проверка
Класификация на дейности/стъпки
високо
ниско
проверка на място
Тенденция на HR в покой
високо
среден
Базово сравнение
Оценка на етапа на съня
среден
ниско
Грубо, не клинично
Известие за ритъм (сканиране)
среден
високо
Медицинско ЕКГ + лекар
диагностично решение
Няма
много високо
Клинична оценка
Съвет: Потърсете тенденция в носимите данни върху собствената история на човека, а не върху една моментна снимка. Най-ценните сигнали са отклонението на човек от неговата изходна линия; Средната популация може да подведе индивидуалното тълкуване.
Внимание: Само защото носимо устройство има „сертифицирана функция“, не означава, че всичките му резултати са клинично точни. Одобрението е валидно само за конкретна функция и употреба; Останалите показатели са предимно оценки за уелнес цели.
Често срещани грешки
- Грешка на данните за потребителските устройства с клинични данни. Повечето устройства не са валидирани за диагностика.
- Не се филтрира артефактът на движението. Без синтез на акселерометър, PPG сърдечната честота би била подвеждаща.
- Пренебрегване на отклонението в цвета на кожата. Оптичните сензори работят с различна точност в различните групи.
- Без да се взема предвид тежестта на фалшивите аларми. При ниска вероятност за предварителен тест много от положителните резултати може да са неверни.
- Приписване на диагнозата на едно измерване. Стойността трябва да се тълкува като тенденция и решението трябва да бъде оставено на лекаря.
В обобщение
- Устройствата за носене предоставят непрекъснати данни от реалния живот, но повечето не са медицински устройства.
- PPG е склонен към артефакт при движение; сливането на сензора (с акселерометър) подобрява точността.
- Изкривяването на цвета на кожата в оптичните сензори е въпрос на справедливост и безопасност.
- При ниска вероятност за предварително тестване, много от докладите може да са фалшиви положителни резултати; тежестта на фалшивите аларми трябва да се управлява.
- Най-голямата стойност е в тренда; Диагнозата винаги се поставя от лекарска оценка.
Задача за приложение
Създайте 14-дневна серия от пулс в покой (включва бавно увеличение от изходното ниво) от устройство за носене. Използвайки мощната подкана, накарайте модела да интерпретира тази поредица като тенденция и да види дали диагностицира един ден. След това опишете клиничните граници на устройството и прага „консултирайте се с лекар“ в параграф.
контролен списък
- [ ] Познавам обичайните носими сензори (PPG, акселерометър, температура, едноканален ЕКГ) и техните ограничения.
- [ ] Разбрах артефакта на движение и ролята на сливането на сензора.
- [ ] Разбирам, че отклонението в цвета на кожата е въпрос на справедливост и безопасност.
- [ ] Мога да оценя тежестта на фалшивата аларма и въздействието на ниската вероятност преди теста.
- [ ] Разбрах, че тълкувам данните за носене като тенденция и оставих диагнозата на лекаря.