الگوریتم سلامت موبایل مبتنی بر هوش مصنوعی از دوربین تلفن برای تشخیص سطح اکسیژن رگ های خونی استفاده می کند

می‌توانید قبلاً از تلفن هوشمند خود برای قرار ملاقات‌های پزشکی از راه دور استفاده کنید. چرا از برخی از حسگرهای داخلی برای جمع آوری داده های پزشکی استفاده نمی کنید؟ این ایده پشت فناوری مبتنی بر هوش مصنوعی است که در دانشگاه پردو توسعه یافته است که می‌تواند از دوربین گوشی هوشمند برای تشخیص و تشخیص بیماری‌هایی مانند کم خونی سریع‌تر و دقیق‌تر از تجهیزات پزشکی بسیار تخصصی که برای این کار ساخته شده است استفاده کند.

یانگ کیم، محقق ارشد، پروفسور و سرپرست تحقیقات Purdue’s Weldon گفت: “حداقل 15 سنسور مختلف در گوشی هوشمند شما وجود دارد و هدف ما استفاده از این حسگرها است تا مردم بتوانند به خدمات بهداشتی خارج از مطب پزشک دسترسی داشته باشند.” دانشکده مهندسی زیست پزشکی. تا جایی که می‌دانیم، ما معتقدیم که سریع‌ترین تصویربرداری همودینامیک موجود را با استفاده از یک تلفن هوشمند تجاری موجود نشان داده‌ایم.»

در حالی که دوربین گوشی هوشمند راحت است، تنها طول موج های قرمز، سبز و آبی را در هر پیکسل اندازه گیری می کند و کاربرد پزشکی آن را محدود می کند. تصویربرداری فراطیفی می تواند تمام طول موج های نور مرئی را در هر پیکسل ثبت کند و می تواند برای تشخیص انواع شرایط پوست و شبکیه و برخی سرطان ها استفاده شود.

محققان در حال بررسی برنامه‌های مراقبت بهداشتی تصویربرداری فراطیفی هستند، اما بیشتر کار با هدف بهبود تجهیزات تخصصی است که نسبتاً حجیم، کند و گران هستند. محققان پوردو با جفت کردن تکنیک های یادگیری عمیق و آماری با دانش خود در مورد تعاملات بافت نور، قادر به بازسازی طیف کامل نور مرئی در هر پیکسل از یک تصویر معمولی دوربین گوشی هوشمند هستند. رویکرد در انتظار ثبت اختراع، از یک آزمایشگاه با تخصص در سلامت تلفن همراه، می تواند دسترسی به مراقبت های بهداشتی را بهبود بخشد.

همانطور که در گزارش شده است PNAS Nexusاین تیم روش خود را با تجهیزات تصویربرداری فراطیفی تجاری موجود در هنگام جمع‌آوری اطلاعات در مورد حرکت اکسیژن خون در پلک‌های داوطلبان، در مدل‌هایی که برای تقلید از بافت انسان و در جنین جوجه طراحی شده بودند، آزمایش کردند.

نتایج نشان می‌دهد که دوربین گوشی‌های هوشمند اطلاعات فراطیفی را سریع‌تر، ارزان‌تر و به همان دقتی که با استفاده از تجهیزات تخصصی گرفته شده است تولید می‌کند. رویکرد گوشی‌های هوشمند می‌تواند تصاویری را در یک میلی‌ثانیه تولید کند که گرفتن تصویربرداری فراطیفی معمولی سه دقیقه طول می‌کشد.

کیم گفت که کار گزارش شده است PNAS Nexus تمرکز بر ساخت الگوریتم تصویربرداری فراطیفی گوشی های هوشمند به جای برنامه های خاص. اما در مطالعات دیگر، تیم از روش خود برای اندازه گیری هموگلوبین خون برای اکسیمتری بافت و التهاب استفاده کرده است. آزمایشگاه کیم از یک رویکرد محاسباتی استفاده کرد که محققان آن را “یادگیری فراطیفی” نامیده اند.

این فرآیند با یک دوربین گوشی هوشمند روی یک تنظیمات فوق آهسته شروع می شود که ویدئویی با سرعت حدود 1000 فریم در ثانیه تولید می کند. هر پیکسل در هر فریم حاوی اطلاعاتی برای شدت رنگ قرمز، سبز و آبی است. اطلاعات از طریق یک الگوریتم یادگیری ماشینی تغذیه می شود که اطلاعات طیف کامل را برای هر پیکسل استنباط می کند.

که برای اندازه گیری جریان خون، به ویژه میزان هموگلوبین اکسیژن دار و بدون اکسیژن در هر پیکسل استفاده می شود. از این پارامترهای همودینامیک نیز می توان برای تولید تصاویر و ویدئوهایی استفاده کرد که اشباع اکسیژن را در سوژه هایشان در طول زمان نشان می دهد.

همانند یادگیری ماشینی معمولی، این تیم الگوریتم‌های خود را بر روی یک مجموعه داده آموزش می‌دهد، تصاویر گوشی هوشمند و تصاویر فراطیفی مربوطه را به آن می‌دهد و الگوریتم را تا زمانی که بتواند رابطه صحیح بین دو مجموعه داده را پیش‌بینی کند، تنظیم می‌کند. اما با ساختن الگوریتم‌ها با معادلات به دست آمده از اپتیک بافت – رویکردی که گاهی اوقات “یادگیری آگاهانه” نامیده می‌شود – محققان به مجموعه داده‌های آموزشی بسیار کوچک‌تری نیاز دارند.

و در حالی که تجهیزات تصویربرداری فراطیفی مرسوم باید مقادیر انبوهی از داده را جمع‌آوری کند و وضوح طیفی یا وضوح زمانی را محدود کند، رویکرد تیم با فایل‌های ویدئویی شروع می‌شود که صدها برابر کوچک‌تر از فایل‌های تصویربرداری فراطیفی هستند و به آنها اجازه می‌دهد استانداردهای بالایی را در هر دو طرف حفظ کنند. .

یوهیون جی، نویسنده اول و دانشجوی فارغ التحصیل در آزمایشگاه کیم، گفت: “معمولاً برای جمع آوری این اطلاعات به شیوه ای کارآمد، معاوضه ای وجود دارد. اما با رویکرد ما، ما همزمان وضوح فضایی و طیفی بالایی داریم.” در حال حاضر روی استفاده از این روش برای سایر برنامه های کاربردی سلامت تلفن همراه، مانند کولپوسکوپی دهانه رحم و تصویربرداری فوندوس شبکیه کار می شود.