Na určenie saturácie krvi využíva algoritmus hlbokého učenia.
Saturáciu kyslíka v krvi meria pulzný oxymeter. Zdroj: Dennis Wise/University of Washington
Zastavte sa a zhlboka sa nadýchnite. Keď to urobíte, vaše pľúca sa naplnia kyslíkom, ktorý sa naviaže na červené krvinky a prenesie sa do celého tela. Naše telo potrebuje na fungovanie veľké množstvo kyslíka. Zdraví ľudia majú krv nasýtenú (saturovanú) kyslíkom aspoň na 95 percent.
Choroby dýchacieho systému, ako sú astma alebo covid, sťažujú telu schopnosť absorpcie kyslíka z pľúc. V takýchto situáciách môže saturácia klesnúť na hodnotu 90 percent alebo nižšie, čo má ľudom indikovať, že potrebujú vyhľadať lekársku starostlivosť. Nový výskum teraz prináša možnosť, ktorá by uľahčila sledovanie úrovne nasýtenia krvi doma pomocou smartfónu.
Monitorovanie saturácie krvi
Doktori monitorujú saturáciu krvi kyslíkom pomocou zariadenia, ktorý poznáme ako pulzný oxymeter. Pripevňuje sa buď na prst, alebo na ušný lalok pacienta. V nemocniciach alebo na klinikách s ním zvyčajne pracujú vyškolení technici. Existujú síce oxymetre, ktoré sa dajú pripojiť k smartfónu, ale ide o ďalšiu položku, ktorú by si domáci používatelia museli kúpiť.
Vedci z Univerzity vo Washingtone a Kalifornskej univerzity v San Diegu preto hľadali jednoduchšiu a lacnejšiu alternatívu. Pre smartfóny vyvinuli experimentálnu aplikáciu, ktorá dokáže detegovať saturáciu až do hladiny 70 percent, čo je hodnota, ktorú by mali byť podľa amerického Úradu pre kontrolu potravín a liečiv pulzné oxymetre schopné zmerať.
Nová aplikácia využíva algoritmus hlbokého učenia na dešifrovanie hladín kyslíka v krvi. Pre potreby otestovania algoritmu ľudia počas experimentu dýchali pätnásť minút zmes kyslíka a dusíka, aby sa im umelo znížila hladina kyslíka v krvi. Potom im výskumníci na jeden prst pripevnili štandardný oxymeter. Ďalší prst mali priložiť na objektív fotoaparátu a blesk – práve v tom spočíva technika merania saturácie smartfónom.
„Kamera v smartfóne nahráva video a zakaždým, keď naše srdce spraví úder, pretečie cez časť osvetlenú bleskom nová, teda okysličená, krv,“ vysvetľuje vedúci autor štúdie Edward Wang, ktorý začal pracovať na projekte ešte ako doktorand elektrotechniky a počítačového inžinierstva. „Kamera zaznamenáva, koľko svetla z blesku absorbuje krv v každom z troch farebných kanálov – červenom, zelenom a modrom,“ dodáva Wang. Dáta z každého kanálu potom vkladajú do ich modelu hlbokého učenia.
Aplikácia priniesla sľubné výsledky
Vedci porovnali hodnoty kyslíka v krvi získané oxymetrom s meraniami intenzity svetla zo smartfónu a zistili, že aplikácia dokázala určiť, koľko kyslíka bolo v krvi v konkrétnom čase na základe toho, koľko svetla krv absorbovala.
V súčasnej podobe vie aplikácia rozpoznať nízke hladiny kyslíka v 80 percentách prípadov. Vedci predpokladajú, že by sa presnosť merania mohla výrazne zlepšiť s ďalším vývojom technológie, a preto ju budú ďalej testovať a učiť na oveľa rozsiahlejšom súbore údajov.
„Každý z nás by si mohol s vlastným zariadením zadarmo alebo s nízkymi nákladmi merať saturáciu kyslíka v krvi,“ predpokladá Thompson, spoluautor štúdie. „V ideálnom svete by sa tieto informácie mohli bezproblémovo preniesť do ambulancie lekára. Prinieslo by to mnohé výhody a sestričky by pri objednávaní pacientov dokázali hneď určiť, či potrebujú ísť pacienti na pohotovosť alebo môžu pokračovať v zotavovaní sa doma,“ dopĺňa Thompson.
Pulzný oxymeter. Zdroj: iStockphoto.com
Ako funguje pulzný oxymeter?
Za prenosom kyslíka do tkanív a odstraňovaním oxidu uhličitého stojí hemoglobín v červených krvinkách. Jedna molekula hemoglobínu dokáže naviazať až štyri molekuly kyslíka a takmer 99 percent všetkého kyslíka v našom tele je naviazaných práve naň.
Hemoglobín s naviazaným kyslíkom sa nazýva oxyhemoglobín a neokysličený deoxyhemoglobín. Princíp pulznej oxymetrie je založený na zistení, že absorpcia svetla hemoglobínom závisí od jeho oxygenácie (okysličenia).
Pulzné oxymetre zvyčajne vykonávajú meranie okysličovania prostredníctvom transmisnej fotopletyzmografie, ktorá slúži aj na vyšetrenie priechodnosti ciev, na odhalenie cievnej vady (upchatie ciev), porúch srdcového rytmu (arytmia) a vyšetrenie vegetatívneho nervového systému.
Transmisná fotopletyzmografia je jednoduché zariadenie, ktoré pozostáva zo svetelného zdroja a z detektora. Využíva svetlo rôznych vlnových dĺžok a intenzít na základe LED technológie. Svetlo emitované LED diódou prechádza prstom, respektíve inou vhodnou časťou tela a fotodetektor zachytáva zmeny v intenzite dopadajúceho svetla. Množstvo energie, ktoré sa dostáva cez pokožku, závisí od jej vlnovej dĺžky. Najčastejšie sa na meranie saturácie používajú zelené, červené a blízke infračervené LED diódy.
Ako postupovať pri nedostatočnom okysličení krvi?
Pri hodnotách saturácie 88 až 92 percent sa na podporu okysličenia krvi odporúča poloha v polosede alebo na boku. Nemali by sme ležať na chrbte a v polohe, pri ktorej sa nemôžeme poriadne nadýchnuť. Dôležité je časté vetranie miestnosti. Navrhuje sa dychová rehabilitácia alebo gymnastika, napríklad dýchanie proti odporu do rukavice alebo vrecka.
Ak nedochádza k zlepšeniu hodnôt saturácie kyslíka, je potrebné s ošetrujúcim lekárom konzultovať indikovanie kyslíkovej liečby pomocou kyslíkového koncentrátora a farmakoterapie.
Zdroj: Newatlas, Washingtongedu, Nature, Mpsvr, BOZ
