I ricercatori hanno sviluppato un modo per utilizzare le immagini degli smartphone delle palpebre di una persona per valutare i livelli di emoglobina nel sangue. La possibilità di eseguire uno dei test clinici di laboratorio più comuni senza prelievo di sangue potrebbe aiutare a ridurre la necessità di visite cliniche di persona, facilitare il monitoraggio dei pazienti in condizioni critiche, e migliorare l'assistenza nei paesi a basso e medio reddito dove l'accesso ai laboratori di analisi è limitato.

"Il nostro nuovo approccio alla salute mobile apre la strada al test al letto o a distanza dei livelli di emoglobina nel sangue per rilevare l'anemia, danno renale acuto ed emorragie, o per valutare malattie del sangue come l'anemia falciforme", ha affermato il leader del gruppo di ricerca Young Kim della Purdue University. "La pandemia di COVID-19 ha notevolmente aumentato la consapevolezza della necessità di ampliare i servizi sanitari mobili e di telemedicina".

Kim e colleghi dell'Università di Indianapolis, Vanderbilt University School of Medicine negli Stati Uniti e Moi University School of Medicine in Kenya segnalano il nuovo approccio in ottica .

I ricercatori hanno utilizzato un software per trasformare la fotocamera integrata di uno smartphone in un imager iperspettrale che misura in modo affidabile i livelli di emoglobina (una misura della capacità del sangue di trasportare ossigeno) senza la necessità di modifiche hardware o accessori. Un test clinico pilota con volontari presso il Moi University Teaching and Referral Hospital ha mostrato che gli errori di previsione per la tecnica dello smartphone erano compresi tra il 5 e il 10% di quelli misurati con il sangue di laboratorio clinico.

Il laboratorio di Kim si concentra sullo sviluppo di tecnologie sanitarie che vengono prima progettate e testate negli ambienti con risorse limitate dei paesi a basso e medio reddito. Queste innovazioni vengono poi applicate a importanti sfide sanitarie nei paesi sviluppati come gli Stati Uniti.

"Questa nuova tecnologia potrebbe essere molto utile per rilevare l'anemia, caratterizzata da bassi livelli di emoglobina nel sangue, " ha detto Kim. "Questo è un grave problema di salute pubblica nei paesi in via di sviluppo, ma può anche essere causato dal cancro e dai trattamenti contro il cancro".

Informazioni spettrali da uno smartphone

L'analisi spettroscopica è comunemente usata per misurare il contenuto di emoglobina nel sangue perché ha un distinto spettro di assorbimento della luce, o impronta digitale, nella gamma di lunghezze d'onda visibili. Però, questo tipo di analisi richiede tipicamente componenti ottici ingombranti e costosi.

I ricercatori hanno creato una versione sanitaria mobile di questa analisi utilizzando un approccio noto come spettroscopia a super risoluzione spettrale. Questa tecnica utilizza un software per convertire virtualmente le foto acquisite con sistemi a bassa risoluzione come la fotocamera di uno smartphone in segnali spettrali digitali ad alta risoluzione.

I ricercatori hanno selezionato la palpebra interna come sito di rilevamento perché la microcircolazione è facilmente visibile lì; è di facile accesso e presenta un rossore relativamente uniforme. Anche la palpebra interna non è influenzata dal colore della pelle, che elimina la necessità di eventuali calibrazioni personali.

Per eseguire una misurazione dell'emoglobina nel sangue con la nuova tecnica, il paziente abbassa la palpebra interna per esporre i piccoli vasi sanguigni sottostanti. Un operatore sanitario o una persona formata utilizza quindi l'app per smartphone sviluppata dai ricercatori per scattare foto delle palpebre. Viene applicato un algoritmo di super risoluzione spettrale per estrarre le informazioni spettrali dettagliate dalle immagini della fotocamera e quindi un altro algoritmo di calcolo quantifica il contenuto di emoglobina nel sangue rilevando le sue caratteristiche spettrali uniche.

L'app mobile include diverse funzionalità progettate per stabilizzare la qualità dell'immagine dello smartphone e sincronizzare la torcia dello smartphone per ottenere immagini coerenti. Fornisce inoltre linee guida a forma di palpebra sullo schermo per garantire che gli utenti mantengano una distanza costante tra la fotocamera dello smartphone e la palpebra del paziente. Sebbene le informazioni spettrali siano attualmente estratte utilizzando un algoritmo su un computer separato, i ricercatori si aspettano che l'algoritmo possa essere incorporato nell'app mobile.

Test clinici

I ricercatori hanno testato la nuova tecnica con 153 volontari che sono stati inviati per esami del sangue convenzionali presso il Moi University Teaching and Referral Hospital. Hanno usato i dati di un gruppo selezionato casualmente di 138 pazienti per addestrare l'algoritmo, quindi testato l'app mobile per la salute con i restanti 15 volontari. I risultati hanno mostrato che il test di salute mobile potrebbe fornire misurazioni paragonabili ai tradizionali esami del sangue su un'ampia gamma di valori di emoglobina nel sangue.

In uno studio clinico separato, l'app mobile viene utilizzata per valutare i pazienti oncologici presso l'Indiana University Simon Cancer Center. I ricercatori stanno anche lavorando con l'Università del Ruanda per condurre ulteriori studi e stanno pianificando di collaborare con l'ospedale Shrimad Rajchandra in India per utilizzare lo strumento sanitario mobile per valutare lo stato nutrizionale, anemia, e anemia falciforme nei loro pazienti.

"Il nostro lavoro mostra che la ricerca basata sui dati e incentrata sui dati può fornire nuovi modi per ridurre al minimo la complessità dell'hardware e facilitare la salute dei dispositivi mobili, " afferma Kim. "La combinazione dei sensori integrati disponibili negli smartphone di oggi con approcci incentrati sui dati può accelerare il ritmo dell'innovazione e della traduzione della ricerca in questo settore".