Но у многих есть доступ к телефону, хотя это может быть раскладушка 10-летней давности или городской стационарный телефон вместо новейшего смартфона с приложениями.Вот почему исследователи компьютерных наук, инженерии и электротехники Вашингтонского университета разработали SpiroCall, новый инструмент для определения состояния здоровья, который может точно измерить функцию легких с помощью простого телефонного звонка.В документе, который будет представлен в мае на конференции Ассоциации вычислительной техники CHI 2016 в Сан-Хосе, Калифорния, показано, что результаты SpiroCall находятся в пределах 6,2% от результатов клинических спирометров, используемых в больницах и кабинетах врачей, что означает, что он соответствует стандартам медицинского сообщества. для точности.
«Мы хотели иметь возможность измерять функцию легких на любом типе телефона, с которым вы можете столкнуться по всему миру — на смартфонах, немых телефонах, стационарных телефонах, телефонах-автоматах», — сказал Светак Патель, профессор компьютерных наук Вашингтонского исследовательского фонда. Инженерия и электротехника в UW. «С помощью SpiroCall вы можете позвонить по номеру 1-800, взорвать телефон и использовать телефонную сеть для проверки функции легких».В 2012 году исследователи из лаборатории UbiComp Lab представили SpiroSmart, который позволяет людям контролировать функцию своих легких, дуя в свои смартфоны.
Пациенты делают глубокий вдох и выдыхают настолько сильно и быстро, насколько могут, пока они не перестанут выдыхать. Микрофон телефона улавливает звук и давление от этого выдоха и отправляет данные на центральный сервер, который использует алгоритмы машинного обучения для преобразования данных в стандартные измерения функции легких.«Люди должны бороться с хроническими заболеваниями легких на протяжении всей своей жизни», — сказал ведущий автор исследования Маянк Гоэль, докторант в области компьютерных наук и инженерии. «Таким образом, существует реальная потребность в устройстве, которое позволяет пациентам точно контролировать свое состояние дома без необходимости постоянно посещать медицинскую клинику, что в некоторых местах требует часов или дней путешествия».
За последние четыре года команда собрала данные о более чем 4000 пациентов, которые посетили клиники в Сиэтле и Такоме, а также в Индии и Бангладеш, где врачи измерили функцию легких с помощью SpiroSmart и коммерческого спирометра. Эти сравнительные данные улучшили производительность алгоритмов машинного обучения и заложили основу для текущего процесса проверки FDA.Однако при опросе пациентов из Индии и Бангладеш команда поняла, что значительный процент пациентов не владеет смартфонами и не сможет использовать SpiroSmart у себя дома, что было ключевой целью проекта.
Команда поняла, что единственным датчиком, который они использовали, был микрофон, который есть во всех телефонах. Поэтому исследователи решили разработать систему, которая будет работать с любым телефоном в любой точке мира, если пациент будет пользоваться услугой вызова по телефону.SpiroCall передает собранный звук по стандартному телефонному каналу, в отличие от звукового файла, который передается приложением для смартфона через Интернет.
Команда объединила несколько алгоритмов регрессии, чтобы обеспечить надежные оценки функции легких, несмотря на ухудшение качества звука.«Мы должны были учитывать тот факт, что качество звука, которое вы получаете по телефонной линии, хуже, — сказал соавтор Эллиот Саба, докторант по электротехнике из UW. «Вы можете себе представить, как будет звучать, когда кто-то проигрывает песню по телефонной линии, по сравнению с прослушиванием ее в музыкальном приложении — аналогичная разница есть и с тестом спирометрии».
Несмотря на эти проблемы, SpiroCall предоставил результаты по стандартному голосовому каналу мобильного телефона, которые находятся в пределах 6,2% от результатов тестов того же пациента, полученных на коммерческом спирометре. Из-за различий в том, как пациент выдыхает во время каждого теста спирометрии, промышленность считает, что допустимая погрешность составляет от 5 до 10 процентов.
Исследовательская группа также разработала трехмерный напечатанный свисток, который можно использовать вместе со SpiroCall, который изменяет высоту звука при выдохе пациента. Свисток предназначен для решения проблем обучения, позволяя пациентам слышать, как звучит «хороший» тест.
Свисток также улучшил характеристики теста для очень больных пациентов, чьи голосовые связки не могут воспроизводить достаточно звука, чтобы микрофон телефона мог их уловить.Дальнейшие шаги исследовательской группы включают дополнительный сбор данных и выяснение того, как лучше всего сообщать результаты тестов таким образом, чтобы они были понятны пациентам.
«Наша область исследований — это не только зондирование, но и зондирование, ориентированное на человека», — сказал Гоэль. «Поскольку этот проект существует уже четыре года, мы смогли поговорить со многими пациентами о том, как они могут использовать эту технологию, и эта обратная связь действительно помогла нам внести разумные улучшения».Исследование финансировалось Фондом открытий наук о жизни, Фондом Уоллеса Х. Култера и Вашингтонским университетом.
В число соавторов входят докторант Университета Вашингтона по электротехнике Джош Фромм, докторант Университета Информатики и инженерии Эрик Уитмир, бывший стажер средней школы и первокурсница Калифорнийского технологического института Майя Стибер, доцент кафедры информатики и инженерии Южного методистского университета Эрик Ларсон и покойный Гаэтано Борриелло, профессор компьютерных наук и инженерии из Университета штата Вашингтон.