پوشیدنی‌های هوشمند چگونه به جنگ کووید 19 می‌روند؟

پوشیدنی‌های هوشمند چگونه به جنگ کووید 19 می‌روند؟

• پیش‌بینی و تشخیص به‌ موقع بیماری همیشه مورد توجه محققان بوده است. در میانه نبرد با کرونای جدید، نیاز به تشخیص زودهنگام بیماری بیش از پیش احساس می‌شود. با‌ وجود گذشت چند ماه از آغاز شیوع کووید۱۹ فرآیند تشخیص این بیماری همچنان زمان‌بر و دشوار است. به‌گونه‌ای که اگر بخواهیم بر روش‌های فعلی آزمایش‌ و تشخیص تکیه کنیم، در مهارکردن ویروسی که با سرعت باورنکردنی منتشر می‌شود با مشکل مواجه خواهیم شد. در حال حاضر بهترین راه‌ نمونه‌برداری، استفاده از سواب و نمونه‌برداری از راه بینی است، اما خیلی از مردم به این روش نمونه‌برداری تن نمی‌دهند و با آن راحت نیستند (شکل 1).

شکل 1: نمونه‌برداری از راه بینی، اگر چه در حال حاضر یکی از بهترین روش‌های نمونه‌برداری است، اما اغلب مردم با این روش نمونه‌برداری راحت نیستند. 

• حتا ممکن است استفاده از سواب در مواردی نظیر کودکان یا افراد سالخورده به خوبی جواب ندهد. از سوی دیگر، کمبود تجهیزات نمونه‌برداری و آزمایش، مانع از آن شده که بتوان شمار بیشتری از افراد را آزمایش کرد. این کمبود تجهیزات به‌ویژه در مناطق محروم که شاید در معرض خطر بیشتری باشند زنگ خطر را به صدا در آورده، زیرا ساکنان این مناطق محروم به دلیل کمبود تجهیزات گاهی اوقات نادیده گرفته می‌شوند. از سوی دیگر باید به این نکته توجه داشت که آزمایش‌های فعلی تشخیص کووید 19 ایراداتی دارند. شاید مهمترین ایرادی که در آزمایش‌های مرسوم کووید ۱۹ دیده می‌شود این است که نتیجه بیشتر آزمایش‌ها به اشتباه منفی می‌شود.  این موارد باعث شده محققان به دنبال فناوری‌هایی باشند که به تشخیص به‌موقع  و پایش ویروس کووید19 کمک بیشتری کند.

یافتن به‌موقع ویروس مرموز

برای جلوگیری از گسترش دیوانه‌وار ویروس کرونای جدید، باید بتوانیم گروهی از مبتلایان را  به‌موقع و پیش از اینکه دیر شود و افراد بیشتری را مبتلا کنند پیدا کنیم. دست‌یابی به این هدف با تکیه صرف بر روش‌های فعلی تشخیص و پایش، بسیار دشوار و حتی غیرممکن است. برای اینکار با چالشی اساسی مواجه هستیم. یکی از حقایق ترسناک در مورد کووید19 این است که بسیاری از مبتلایان به این بیماری، بی‌علامت هستند. اگر چه برای تشخیص ابتلا به کووید 19، سنجش تب به‌طور گسترده‌‌ای استفاده می‌شود، اما برخی مطالعات نشان‌ داده‌اند که شمار زیادی از مبتلایان کووید 19 تب نداشته‌اند. به‌عنوان مثال، در مطالعه‌ای مشخص شد که فقط 30 درصد مبتلایان تب داشته‌اند. تحقیقی دیگر این میزان را 12 درصد عنوان کرده است. به‌طورکلی 30 تا 40 درصد افراد مبتلا بی‌علامت بوده‌اند. پکن 55  روز را بدون حتی یک مورد گزارش‌ شده از ابتلا به کرونا گذراند، اما ناگهان با صدها مورد ابتلا مواجه شد.  بنابراین پایش مداوم علایم و یافتن گروه‌های مبتلا  بسیار مهم است. ایده‌آل این است که راهکاری غیر تهاجمی داشته باشیم که بتوان با کمک آن به سادگی و به‌طور پیوسته حتا در خانه هم پایش و تشخیص را انجام داد. یکی از گزینه‌هایی که در این زمینه مطرح شده، ابزارهای پوشیدنی موجود در بازار است ( شکل 2). 

شکل 2: ساعت‌های هوشمند از جمله ابزارهای پوشیدنی هستند که مجهز به حسگرهایی برای پایش سلامتی کاربر می‌باشند.

پوشیدنی‌های هوشمند

• عده‌ای از کارشناسان بر این باورند که داده‌های به‌دست‌ آمده از پوشیدنی‌های هوشمند امکان تشخیص به موقع ابتلا به کووید 19 را فراهم کرده و ما را از نظر زمانی در موقعیت بهتری نسبت به این بیماری قرار خواهند داد. پوشیدنی‌های هوشمند امروزی نظیر ساعت‌های هوشمند، مچ‌بندی‌های سلامتی، انگشترها و حتا لباس‌های هوشمند، مجهز به حسگر‌هایی هستند که امکان جمع‌آوری داده‌های مربوط به فعالیت‌های جسمانی، ضربان قلب و کیفیت خواب را فراهم می‌کنند و می‌توان بر اساس این داده‌ها تصویری کلی از وضعیت سلامت کاربر به‌دست آورد. بهره‌گیری از این ابزارها برای پیش‌بینی ابتلا به بیماری‌ها حتا پیش از شیوع کووید19 هم مورد توجه محققان بوده است. به‌عنوان مثال محققان، مطالعاتی روی استفاده از داده‌های مچ‌بندهای Fitbit برای شناسایی بیماری شبیه آنفولانزا انجام دادند. این داده‌ها مربوط به ضربان قلب و الگوهای فعالیت روزانه‌ بودند. افزایش ضربان قلب در حالت استراحت بیانگر این موضوع است که سیستم ایمنی بدن در حال مبارزه با یک عفونت است. بسیاری از مدل‌های  Fitbit قادر به اندازه‌گیری و ثبت ضربان قلب هستند و در نتیجه از چنین ابزاری می‌توان برای شناسایی عملکرد غیرعادی قلب استفاده کرد (شکل 3).

شکل 3: نمونه‌ای از محصولات Fitbit

• این دستگاه‌ها با امکان اندازه‌گیری و ثبت میزان فعالیت روزانه، کاهش این فعالیت‌ها را نیز نشان می‌دهند. مشاهده تغییرات ناگهانی و غیرمعمول در داده‌ها،  هشداری است برای فرد تا خود را از دیگران جدا کرده و آزمون‌های تشخیصی را انجام دهد. گروه‌های مختلفی در حال بررسی امکان استفاده از پوشیدنی‌های هوشمند برای تشخیص به‌موقع کرونا هستند. به‌طور مثال، شرکت فنلاندی  Oura  عرضه‌کننده انگشتر هوشمند Ring (شکل 4) پروژه مشترکی با دانشگاه سانفرانسیسکو و دانشگاه ویرجینیای غربی دنبال می‌کند. هدف از این پروژه، پایش پارامترهای سلامت کادر درمان است که بیشتر در معرض خطر ابتلا به کووید 19 قرار دارند. Apple و FitBit هم همکاری مشابهی با دانشگاه سن‌دیگو آغاز کرده‌اند. برخی، از جمله محققان دانشگاه کینگز لندن هم روی استفاده از فناوری پوشیدنی‌های هوشمند برای شناسایی ویروس کرونا و مطالعه نحوه بهبود بیماران کار می‌کنند. 

 شکل 4: انگشتر Ring از شرکت Oura

گزارش شرکت Fitbit

• مدیر بخش تحقیقات شرکت Fitbit  نتایج تحقیقات این شرکت را در وبلاگی منتشر کرده است. او می‌نویسد: «خستگی، شایع‌ترین نشانه گزارش شده از این بیماری بوده، در نتیجه برای شناسایی افراد مبتلا، فقط تکیه بر پایش دمای بدن کافی نیست. «نشانه‌هایی نظیر سرعت تنفس، فاصله بین ضربان‌های قلب (HRV) و نرخ ضربان قلب در حالت استراحت، نشانه‌هایی هستند که در این پژوهش بر آن‌ها تکیه شده است. وقتی سیستم ایمنی بدن به ویروس واکنش نشان می‌دهد HRV کاهش یافته و سرعت تنفس و سرعت ضربان قلب افزایش پیدا می‌کند. او مدعی است که حدود یک هفته پیش از اینکه بیمار متوجه ابتلا شده باشد تغییراتی در این نشانه‌ها آغاز می‌شود ( شکل 5). بیش از 100 هزار کاربر FitBit در آمریکا و کانادا به این پژوهش پیوسته‌اند. یافته شدن 1000 مورد ابتلا به کووید 19 از میان این گروه چند هزار نفری، مبنای این نتایج بوده است. با این حال  FitBit تأکید کرده که این نتایج نهایی نیستند و برای اظهارنظر دقیق‌تر، به پژوهش بیشتری نیاز داریم.

شکل 5: نموداری بر اساس داده‌های جمع‌آوری شده توسط Fitbit.  می‌توان با توجه به این نمودار، ابتلا به کووید 19 را پیش از بروز علایم عینی تشخیص داد. بر اساس این نمودار، پیش از علامت‌دار شدن بیمار (قله‌های نمودار)، تغییراتی غیرعادی در میزان ضربان قلب، فواصل ضربان و نحوه تنفس در روزهای قبل دیده می‌شود.

دانشگاه استنفورد

• Michael Snyder استاد دانشکده پزشکی استنفورد می‌گوید: «ساعت‌های هوشمند و سایر پوشیدنی‌های هوشمند قادرند روزانه اندازه‌گیری‌های زیادی انجام دهند و همین ویژگی، آن‌ها را به دستگاه‌های پایش قدرتمندی تبدیل می‌کند. ما قصد داریم این داده‌های تولید شده را به خدمت بگیریم و بررسی کنیم که آیا می‌توان از این داده‌ها برای پیش‌بینی ابتلای افراد به کووید 19 استفاده کرد یا خیر؟» او و گروهش برای این پژوهش داوطلبانی را دعوت به همکاری کرده‌‌اند. شرکت Fitbit سازنده دستگاه‌های پوشیدنی با دعوت کردن کاربرانش برای پیوستن به پروژه استنفورد، به این تلاش کمک می‌کند. علاوه بر این، Fitbit اعلام کرده که ۱۰۰۰ ساعت هوشمند را به این طرح اهدا خواهد کرد. Snyder معتقد است در صورت موفقیت چنین پروژه‌‌ای و دستیابی به الگوریتم‌ها و تأیید شدن آن، مردم می‌توانند با دقت بیشتری سلامت خود را زیر نظر داشته باشند. الگوریتمی که Snyder به دنبال توسعه آن است بر اساس نتایج پژوهشی است که او و یکی از همکارانش در سال 2017 ارایه کردند. آن‌ها نشان داده بودند که می‌توان با استفاده از داده‌های حاصل از یک ساعت هوشمند به ویژه داده‌هایی که مربوط به تغییرات ضربان قلب هستند، وجود عفونت در بدن را شناسایی کرد. پژوهش آن‌ها نشان می‌داد که الگوهای خاص تغییرات ضربان قلب  نشانه‌ای از ابتلا به بیماری است حتا اگر فرد، به ظاهر بی‌علامت باشد. در پژوهش جدید، Snyder داده‌هایی از انواع دستگاه‌های پوشیدنی نظیر انگشتر هوشمند و چند مدل از ساعت‌های هوشمند را جمع‌آوری می‌کند. داوطلبان علاوه بر استفاده از این پوشیدنی‌های هوشمند، پرسشنامه‌هایی را نیز تکمیل می‌کنند.  سرعت دستیابی این محققان به هدفشان بستگی زیادی به شمار داوطلبانی دارد که به پژوهش می‌پیوندند. البته باید در نظر داشت افزایش ضربان قلب همیشه نشانه بیماری ویروسی نیست، بلکه ممکن است ناشی از عواملی دیگر نظیر استرس نیز باشد. محققان استنفورد علاوه بر اینکه قصد دارند با تحلیل الگوهای ضربان قلب، بیماری را پیش از بروز علامت واضح تشخیص دهند، در نظر دارند در گام بعدی علایم را دسته‌بندی کنند تا بتوانند بین ویروس‌ها تمایز قایل شوند. آن‌ها با بررسی 31 داوطلبی که نتیجه آزمایش‌شان مثبت شده بود مشاهده کردند 82 درصد این افراد پیش از ظهور نشانه‌های مشخص  به بیماری آلوده شده بودند.  

کم درآمدها

در اغلب این پژوهش‌ها از داوطلبان خواسته می‌شود که خودشان دستگاه‌های پوشیدنی را تهیه کنند که این موضوع، هزینه‌ای چند ده تا چند صد دلاری را به داوطلبان تحمیل می‌کند. در این حالت بیشتر افراد کم‌درآمد عملاً از محدوده تحقیقات کنار گذاشته می‌شوند، زیرا توانایی تهیه دستگاه‌های گران‌قیمت را ندارند. حال آن‌که این قشر از جامعه از جمله گروه‌هایی هستند که بیشترین خطر متوجه آن‌ها است و داده‌های مربوط به آن‌ها کمک زیادی به قدرتمند‌تر شدن الگوریتم خواهد کرد. موسسه Scripps Research  در پروژه‌ای موسوم به DETECT  معیارهای زیستی 35 هزار داوطلب را با کمک پوشیدنی‌های هوشمند می‌سنجد. همه کاربران پوشیدنی‌های هوشمند می‌توانند  نرم‌افزار را  دانلود کرده و در این پژوهش شرکت کنند. محققان در این پروژه سعی دارند این ابزارها را در اختیار جوامع پرخطر آمریکا قرار دهند تا داده‌های کامل‌تری بدست آورند. از جمله این جوامع، جامعه سیاهپوستان آمریکا  است.  مدیراجرایی یکی از مراکز درمانی که به افراد محروم خدمت‌رسانی می‌کند می‌گوید: «وقتی سیاهپوستان آمریکا کلمه تحقیق را می‌شنوند فکر می‌کنند که قرار است از آن‌ها به‌جای موش‌ آزمایشگاهی استفاده شود. آن‌ها حتا وقتی که مجبور باشند به بیمارستان بروند ترجیح می‌دهند که آن بیمارستان، آموزشی نباشد، زیرا نگران هستند که روی‌شان آزمایش‌های تحقیقاتی انجام شود.» او می‌گوید این موضوع سابقه تاریخی دارد و بارها اتفاق افتاده که از جامعه سیاهان آمریکا برای آزمایشات تحقیقاتی استفاده شود. از آن جمله می‌توان به آزمایش‌های دوران جنگ سرد اشاره کرد. پس عجیب نیست که جامعه سیاهپوستان روی خوشی به شرکت در تحقیقات پزشکی نشان ندهند و داوطلب نشوند. با این‌حال، شاید پوشیدنی‌های هوشمند این فرصت را در اختیار جامعه علمی قرار دهند که اعتماد سیاهپوستان را جلب کرده و آن‌ها را نیز در جمعیت داوطلب خود داشته باشد.

دقت در کاربرد صحیح ابزار

Jessilyn Dunn استاد مهندسی پزشکی دانشگاه Duke نیز روی استفاده از اسمارت‌فون‌ها و ساعت‌های هوشمند کار می‌کند. نکته مهم تحقیق او حصول اطمینان از این است که افراد نحوه استفاده از این فناوری را بدانند. مشاوران این پروژه به‌طور پیوسته با داوطلبان در تماس هستند تا مطمئن شوند آن‌ها می‌دانند چگونه از پوشیدنی‌های هوشمند استفاده کنند. بر خلاف تحقیقات دیگر،  در  تحقیق دانشگاه Duke داده‌های مکان‌ به‌طور پیش‌فرض جمع‌آوری نمی‌شود و به دلیل مشکلاتی که ممکن است از نظر حفظ حریم خصوصی کاربران پیش آید، نتایج این پروژه در اختیار هیچ برنامه ردیابی مبتلایان (contact tracing) قرار نخواهد گرفت. با این حال محققان این دانشگاه همچنان در این زمینه با چالش‌هایی روبه رو هستند. به‌طور مثال، مهاجرانی که ترس از دیپورت شدن دارند ممکن است به چنین پروژه‌هایی نپیوندند و  بدین‌ترتیب، بخشی از جمعیت شرکت‌کننده در پروژه از دست برود.

انگشتر هوشمند

 شکل 6: شرکت  Oura  در پروژه‌ای با همکاری دانشگاه ویرجینیای غربی، پایش پارامترهای سلامت کادر درمان را بررسی می‌کند.

• شرکت فنلاندی  Oura عرضه‌کننده انگشتر هوشمند Ring در پروژه‌ای با همکاری دانشگاه ویرجینیای غربی، پایش پارامترهای سلامت کادر درمان را بررسی می‌کند (شکل 6). در این پروژه انگشترهای  Ring در اختیار گروهی از پرستاران و پزشکان و کادر درمان قرار گرفته و داده‌های بدست آمده از انگشتر با کمک نرم‌افزار موبایل جمع‌آوری شده و سامانه‌ای مبتنی بر هوش مصنوعی آن‌ها را تجزیه و تحلیل می‌کند (شکل 7). در این پروژه علاوه بر پایش علایمی نظیر دمای بدن، نرخ تنفس و ضربان قلب،  علایم روانی، شناختی و رفتاری نظیر استرس و  اضطراب هم مورد ارزیابی قرار می‌گیرند. این پایش همزمان علایم روانی و جسمی کمک می‌کند تا افراد بی‌علامت به‌طور دقیق‌تری مورد بررسی قرار گیرند. با کمک چنین روشی و ترکیب داده‌های حاصل از انگشتر، ارتباط آن با تلفن هوشمند و تجزیه و تحلیل داده‌ها توسط هوش مصنوعی، امکان شناسایی به‌موقع بیماری فراهم می‌شود. دکتر علی رضایی، سرپرست ارشد مؤسسه علوم اعصاب راکفلر دانشگاه ویرجینیای غربی می‌گوید: «مدل‌های هوش مصنوعی ما در حال حاضر قادرند نشانه‌های بیماری را 24 ساعت قبل از اینکه خود بیمار متوجه آن‌ها شود تشخیص دهند. هدف ما این است که با بهبود عملکرد، سه روز زودتر به این پیش‌بینی برسیم.» دکتر رضایی معتقد است که این قدرت پیش‌بینی به ما کمک خواهد کرد تا این شیوع را پشت سر بگذاریم.

شکل 7: نمایی از انگشتر Ring شرکت Oura و حسگرهایش

پوشیدنی‌های دیگر 

• تب و سرفه‌های مداوم از جمله نشانه‌های شایع ابتلا به بیماری کووید 19 است. استفاده از حسگرهای دما در ابزارهای پوشیدنی معمول نیست. یک دلیل مهم این است که سنجش صحیح دمای بدن با اندازه‌گیری از روی پوست دشوار است و معمولاً نتایج دقیقی به همراه نخواهد داشت. به تازگی برچسب‌هایی قابل نصب روی بدن طراحی شده‌اند که قادرند با دستگاه‌های هوشمند ارتباط برقرار کرده و دما را به‌طور پیوسته ثبت کنند. این برچسب‌ها ایده استفاده از لباس‌های هوشمندی که قادر به پایش دمای بدن باشند را قوت بخشیده‌اند.  
• برخی از تحقیقات نیز روی سنجش پارامترهای سلامتی از روی ترکیبات موجود در عرق متمرکز هستند (شکل 8). ترکیبات موجود در عرق، حاوی اطلاعات ارزشمندی در مورد سلامت فرد است. میزان اسیدی یا قلیایی بودن و وجود یون‌های سدیم و گلوکز، تنها برخی از مواردی هستند که حسگرهای عرق می‌توانند شناسایی کنند. اشک هم مثل عرق، نوعی نمونه‌بردای از ترکیبات بدن است به‌طوری که محققان در حال بررسی  امکان سنجش شیمیایی با استفاده از لنزهای تماسی و لنزهای هوشمند هستند. میزان تعریق نیز قابل اندازه‌گیری است و می‌توان از آن بعنوان معیاری برای سنجش دمای بدن فرد استفاده کرد. استفاده از این حسگرها بعنوان ابزارهایی برای کمک به تشخیص بیماری کووید 19 در حال بررسی است. تحقیقات صورت گرفته در حوزه فناوری‌های حسگرها امید برای استفاده از ابزارهای پوشیدنی بعنوان ابزارهای پایش سلامتی و دستگاه‌های تشخیصی را افزایش داده است. به نظر می‌رسد شیوع بیماری کووید 19 انگیزه بیشتری به این تحقیقات داده است و این تحقیقات شتاب بیشتری گرفته‌اند.

 شکل 8: نمونه‌ای از یک حسگر عرق پوشیدنی

آیا مسیر درست است؟

• پژوهش‌هایی که برخی از آن‌ها را مرور کردیم، هنوز به نتیجه نهایی و قطعی نرسیده‌اند. با این حال، محققان پیشنهاد می‌کنند افراد در صورت دریافت هشدار از سوی ابزار پوشیدنی، آن‌را جدی گرفته و پیگیری کنند. نکته مهم این است که داده‌های بدست آمده از پوشیدنی‌های هوشمند هر فرد، به تنهایی معنادار نیستند بلکه باید به این داده‌ها در یک جمعیت و در ارتباط با دیگر افراد جامعه نگاه شود تا بتوان معنای دقیق‌تری از آن‌ها برداشت کرد. به‌طور مثال، اگر ضربان قلب فردی افزایش یابد این به خودی خود علامتی مهم محسوب نمی‌شود، اما اگر آن شخص همسایه‌ای داشته باشد که به کووید19 مبتلاست در این صورت، افزایش ضربان قلب وی اهمیت معناداری پیدا می‌کند. بیشتر راهکارهای پیشنهادی در زمینه تشخیص و پایش کووید19 به زیرساخت‌هایی نیاز دارند که هنوز مهیا نیستند، اما استفاده از پوشیدنی‌های هوشمند بعنوان ابزار پایش، از امکانات موجود استفاده می‌کند و از این نظر نسبت به پروژه‌های دیگر برتری دارد. بسیاری از افراد هم ‌اکنون از ابزارهایی نظیر ساعت‌های هوشمند یا مچ‌بند‌های سلامتی استفاده می‌کنند و نیازی نیست هزینه کنند. در آمریکا بیش از 100 میلیون نفر از مچ‌بندهای هوشمند برای پایش ضربان قلب خود استفاده می‌کنند که رقم قابل توجهی است. از سوی دیگر هوش مصنوعی و روش‌های تحلیل داده‌ها نیز پیشرفت زیادی کرده‌اند که می‌توان از آن‌ها در این کاربرد کمک گرفت. محققان امید دارند راهی به صرفه بیابند که حتا به آزمایش‌های خانگی تشخیص کرونا هم نیازی نباشد. هنوز امکان آزمایش‌های خانگی فراهم نشده، اما در صورت میسر شدن این آزمایش‌ها، هر بار آزمایش خانگی چند ده دلار  هزینه خواهد داشت و فقط برای همان روز معتبر خواهد بود. در صورت موفقیت‌آمیز بودن تشخیص کووید19 با کمک پوشیدنی‌های هوشمند، می‌توان امید داشت که روند پایش، در طول شبانه‌روز و در همه جا بطور پیوسته انجام شود. البته باید به نکته بسیار مهمی نیز توجه کنیم و آن حجم بسیار عظیم داده‌هایی است که به این طریق تولید می‌شوند و باید راهی بهینه برای انتقال، ذخیره‌سازی و تجزیه و تحلیل آن‌ها بیابیم.  اگرچه استفاده از پوشیدنی‌های هوشمند برای پایش کووید19 مزایای زیادی دارد، اما نگرانی‌هایی ایجاد کرده است. نگرانی نخست در مورد اعتبار داده‌هایی است که از این طریق بدست می‌آیند.  نگرانی دیگر، مربوط به حریم خصوصی و دسترسی افراد غیرمسئول به داده‌های سلامتی افراد است. مشابه همان نگرانی‌هایی که در زمینه شهرهای هوشمند هم مطرح می‌شود. در مورد چنین نگرانی‌هایی هنوز نمی‌توان به طور قطع اظهارنظری کرد اما نباید آن‌ها از نظر دور داشت.