Man mano che la telemedicina è diventata più popolare, anche i dispositivi che consentono alle persone di misurare i loro segni vitali da casa e di trasmettere i risultati tramite computer ai loro medici. Tuttavia, in molti casi, ottenere letture remote accurate per le persone di colore si è rivelata una sfida persistente.

Prendi, ad esempio, misurazioni della frequenza cardiaca a distanza, che si basano su una telecamera che rileva sottili cambiamenti nel colore del viso di un paziente causati dalle fluttuazioni del flusso di sangue sotto la pelle. Questi dispositivi, parte di una classe emergente di tecnologie remote, hanno costantemente problemi a leggere i cambiamenti di colore nelle persone con carnagioni più scure, ha affermato Achuta Kadambi, assistente professore di ingegneria elettrica e informatica presso la UCLA Samueli School of Engineering.

Kadambi e il suo team hanno ora sviluppato una tecnica diagnostica remota che supera questo pregiudizio implicito nei confronti della pelle più scura e allo stesso tempo rende le letture della frequenza cardiaca più accurate per i pazienti nell'intera gamma di tonalità della pelle. Il loro segreto? Combinando le misurazioni basate sulla luce di una telecamera con le misurazioni basate sulla radio dal radar.

I ricercatori hanno presentato i loro risultati, recentemente pubblicati sulla rivista ACM Transactions on Graphics , alla conferenza SIGGRAPH 2022 a Vancouver, British Columbia. La conferenza, che si tiene sia virtualmente che di persona, è organizzata ogni anno dai membri dell'Association for Computing Machinery.

Il progresso potrebbe portare a nuove classi di dispositivi medici ad alte prestazioni e tecnologie remote più accurate ed eque, hanno affermato i ricercatori, consentendo ai medici e ai sistemi sanitari di monitorare a distanza i pazienti con sicurezza, sia in ambito clinico che dalle case dei pazienti.

"Nel quadro più ampio, questo lavoro mostra che soluzioni ingegneristiche pratiche e innovative possono affrontare i pregiudizi persistenti nei dispositivi medici", ha affermato Kadambi, che è anche membro del California NanoSystems Institute presso l'UCLA. "Ma ciò richiede innanzitutto il riconoscimento del fatto che tale pregiudizio significa che la migliore tecnologia attuale potrebbe non essere la migliore per tutti. Attraverso una progettazione ponderata, possiamo trovare soluzioni eque che funzionino altrettanto bene o meglio".

La fusione di due tecniche da parte del team dell'UCLA mostra un percorso promettente verso il raggiungimento di tali obiettivi, ha affermato Kadambi, che è anche assistente professore di informatica e ricercatore principale della ricerca. In qualità di capo del Visual Machines Group dell'UCLA, ha scritto di diversi tipi di pregiudizi nei dispositivi medici e di come risolverli.

Nello sviluppo della loro nuova tecnologia, i ricercatori hanno prima dimostrato che il dispositivo di telerilevamento stesso era la fonte della distorsione, dimostrando nel loro articolo che livelli più elevati di melanina, pigmenti naturali nella pelle, interferiscono con quella che è nota come fotopletismografia o PPG , segnale utilizzato nelle attuali misurazioni della frequenza cardiaca a distanza basate sulla fotocamera.

La segnalazione PPG viene utilizzata anche per misurare la frequenza cardiaca attraverso dispositivi come pulsossimetri, che si agganciano al dito di un paziente, nonché alcuni prodotti commerciali indossabili e app basate su smartwatch. Questi dispositivi emettono luce sulla pelle e rilevano i cambiamenti nella quantità di luce riflessa facendo circolare il sangue appena sotto la superficie. Quella luce riflessa produce il segnale PPG, una misura della frequenza cardiaca di un paziente.

I precedenti sforzi per affrontare i pregiudizi del tono della pelle in tali tecnologie hanno generalmente cercato di correggerli attraverso una programmazione aggiuntiva o espandendo gli standard di base utilizzando una gamma più diversificata di toni della pelle. Ma nessuno di questi approcci affronta il vero problema, ha detto Kadambi, che è la fisica del dispositivo stesso.

I ricercatori dell'UCLA si sono invece rivolti a un'altra tecnologia in grado di dare una stima della frequenza cardiaca:il radar. A 77 gigahertz, il radar può percepire sottili cambiamenti nello spostamento del torace dai battiti cardiaci. E mentre questo metodo supera il problema della distorsione del tono della pelle, è meno affidabile della segnalazione PPG. Tuttavia, hanno riscontrato il successo combinando queste due diverse modalità di rilevamento, fotocamera e radar, e perfezionandole attraverso l'apprendimento automatico in modo che funzionino di concerto.

Nei test con 91 persone, i ricercatori hanno dimostrato che il loro sistema radar-camera supera il PPG remoto basato su telecamera sia in termini di precisione che di equità della misurazione su un'ampia varietà di tonalità della pelle.

"L'assistenza sanitaria a distanza multimodale ha il potenziale per rendere i dispositivi più equi non solo sul tono della pelle, ma su una serie diversificata di attributi, come l'indice di massa corporea, il sesso e varie condizioni di salute", ha affermato Alexander Vilesov, uno studente laureato in ingegneria elettrica e informatica dell'UCLA e un co-autore principale del documento. "La maggior parte di questi aspetti non è stata esplorata a fondo e parte della nostra ricerca futura cerca di comprendere tali pregiudizi".

I ricercatori hanno suggerito che tali miglioramenti basati sull'equità potrebbero essere apportati ad altri tipi di tecnologie, come i sensori termici, acustici, nel vicino infrarosso e di polarizzazione della luce.

"La pandemia di COVID-19 ha rivelato che sono necessarie nuove tecnologie per consentire ai medici e ai team di assistenza di monitorare a distanza i loro pazienti", ha affermato la coautrice dello studio, la dott.ssa Laleh Jalilian, assistente professore clinico di anestesiologia e medicina perioperatoria presso l'UCLA Health. "Un obiettivo chiave fin dall'inizio della nostra collaborazione è stato lo sviluppo di una tecnologia medica che funzioni in modo equo e con un'elevata precisione su pazienti di diverse tonalità della pelle, poiché ciò darà ai medici la certezza di poter prendere decisioni mediche di alta qualità".

Gli studenti laureati in ingegneria elettrica e informatica dell'UCLA Pradyumna Chari e Adnan Armouti sono anche co-autori principali del documento. Altri autori di articoli, tutti membri del Visual Machines Group, sono gli studenti laureati in ingegneria elettrica e informatica dell'UCLA Anirudh Bindiganavale Harish, Kimaya Kulkarni e Ananya Deoghare. + Esplora ulteriormente

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