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远程心率传感器可以针对深色皮肤进行偏置。UCLA团队提供解决方案
2023年01月09日    阅读量:20     新闻来源:中国机械网 okmao.com    |  投稿

随着远程医疗越来越普及,人们可以在家中测量生命体征并通过计算机将结果传输给医生的设备也越来越普及。然而,在许多情况下,为有色人种获取准确的远程读数已被证明是一个持续的挑战。

以远程心率测量为例,它依靠摄像机感知患者面部颜色的细微变化,这些变化是由患者皮肤下的血流波动引起的。加州大学洛杉矶分校萨缪利工程学院(UCLA Samueli School of engineering)的电气和计算机工程助理教授阿丘塔·卡达比(Achuta Kadambi)说,这些设备是新兴远程技术的一部分,在读取肤色较深的人的颜色变化方面一直存在问题。

Kadambi和他的团队现在已经开发了一种远程诊断技术,它克服了对深色皮肤的这种隐性偏见,同时也使整个肤色范围内的患者的心率读数更加准确。这是他们的秘密吗?将摄像机的基于光的测量与来自雷达的基于无线电的测量相结合。

研究人员在不列颠哥伦比亚省温哥华举行的SIGGRAPH 2022会议上介绍了他们的发现,最近发表在《ACM图形交易》杂志上。该会议由计算机协会成员每年组织一次,既有虚拟会议,也有亲自会议。

研究人员表示,这一进步可能会带来更准确、更公平的新型高性能医疗设备和远程技术,使医生和医疗系统能够在临床环境和患者家中自信地远程监控患者。

“从更大的角度来看,这项工作表明,实用和创新的工程解决方案可以解决医疗器械中的长期偏见,”卡达比说,他也是加州大学洛杉矶分校加州纳米系统研究所的成员。“但这首先需要承认,这种偏见意味着当前最好的技术可能不是对所有人都最好的。通过深思熟虑的设计,我们可以找到性能相同或更好的公平解决方案。”

加州大学洛杉矶分校团队将这两种技术融合在一起,显示了实现这些目标的一条有希望的道路,卡达比说,他同时也是计算机科学助理教授和该研究的首席研究员。作为加州大学洛杉矶分校视觉机器组的负责人,他写过关于医疗器械中不同类型的偏见以及如何解决这些偏见的文章。

在开发新技术的过程中,研究人员首先表明,遥感设备本身是偏差的来源,他们在论文中证明,皮肤中较高水平的黑色素(天然色素)会干扰目前基于摄像机的远程心率测量中使用的光体积描记法(PPG)信号。

PPG信号还用于通过脉搏血氧计等设备测量心率,这些设备夹在患者手指上,以及一些可穿戴商业产品和智能手表驱动的应用程序。这些装置将光发射到皮肤上,并感知表面下方循环血液反射回的光量的变化。反射光产生PPG信号,这是一种测量患者心率的方法。

以往解决此类技术中肤色偏差的努力通常都是通过额外的编程或通过使用更多样化的肤色范围扩大基线标准来纠正这些偏差。但卡达比说,这两种方法都没有针对真正的问题,即设备本身的物理特性。

加州大学洛杉矶分校的研究人员转而使用另一种可以估计心率的技术:雷达。在77千兆赫的频率下,雷达可以感知到心跳引起的胸部位移的细微变化。虽然这种方法克服了肤色偏差的问题,但其可靠性不如PPG信号。然而,他们通过结合这两种不同的感知模式获得了成功鈥攃阿米拉和雷达鈥攁并通过机器学习使它们协同工作。

在对91人的测试中,研究人员证明,他们的相机雷达系统在各种肤色的测量精度和公平性方面都优于基于相机的远程PPG。

加州大学洛杉矶分校电气和计算机工程研究生、该论文的共同主要作者亚历山大·维列索夫(Alexander Vilesov)说:“多模式远程医疗保健有可能使设备更加公平,不仅适用于肤色,还适用于多种属性,如体重指数、性别和各种健康状况。”。“这些方面中的大多数还没有得到彻底的探索,我们未来的部分研究试图了解这些偏见。”

研究人员建议,这种基于公平性的改进可以应用于其他类型的技术,如热、声、近红外和光偏振传感器。

“新冠肺炎大流行表明,需要新技术来允许医生和护理团队远程监测患者,”该研究的合著者、加州大学洛杉矶分校健康中心麻醉学和围手术期医学临床助理教授Laleh Jalilian博士说。“我们合作之初的一个关键重点是开发在不同肤色的患者中具有公平和高精度的医疗技术,因为这将使医生有信心做出高质量的医疗决策。”

加州大学洛杉矶分校电气和计算机工程研究生Pradyumna Chari和Adnan Armouti也是这篇论文的共同主要作者。其他论文作者都是视觉机器小组的成员,他们是加州大学洛杉矶分校电气和计算机工程研究生阿尼鲁德·宾迪加纳瓦尔·哈里什、基马亚·库尔卡尼和阿纳亚·德奥哈尔。

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