یک انگشتر برای همه

انگشتر کورا (Qura) از بیرون یک انگشتر معمولی به نظر می‌رسد که با یک حلقه بزرگ ازدواج تفاوت زیادی ندارد. اما نور ضعیف سبزرنگی که هرازگاهی از شکاف بین انگشت و حلقه چشمک می‌زند به ما می‌گوید که این حلقه فقط یک تکه جواهر زینتی نیست.

داخل حلقه از قطعات الکترونیکی پر شده است. نور سبزرنگ از درون یک جفت نقاط فلزی مستطیل‌شکل بیرون می‌زند که دیودهای نورانی یا ال‌ائی‌دی هستند. سه نقطه برجسته گنبدمانند به اندازه قطره آب حاوی دیودهای قرمز و مادون قرمز و یک جفت تشخیص‌دهنده نور هستند. هفت حسگر دما، یک باتری نازک و یک شتاب‌سنج مینیاتوری سه‌بعدی که هر نوع حرکت را تشخیص می‌دهد آنها را احاطه کرده‌اند.

چراغ‌های ال‌ائی‌دی رگ‌های خونی داخل انگشت را روشن می‌کنند. وقتی قلب خون را در بدن پمپاژ می‌کند رگ‌ها منبسط و منقبض می‌شوند و نور باز‌تابیده از آنها طبق آن تغییر می‌کند. تعداد این تغییرات در هر دقیقه همان ضربان قلب یا نبض است. این ضربان به وسیله الگوریتمی محاسبه می‌شود که داده‌های حاصل از حسگرها را دریافت می‌کند و هر‌گونه سروصدای حاصل از حرکات،‌ نورهای مزاحم و دیگر عوامل خارجی را می‌زداید.

ال‌ائی‌دی‌های سبز در طول روز و قرمزها در طول شب وظیفه خود را انجام می‌دهند. مزیت سبزها در آن است که می‌توانند به رگ‌های خونی عمیق‌تر برسند و ضربان را بهتر و آسان‌تر تشخیص دهند. اما سیگنال آنها حساسیت زیادی به عوامل مزاحم دارد بنابراین به تعدیل الگوریتمی بیشتری نیازمند است. در نهایت،‌ از ال‌ائی‌دی‌های قرمز برای پایش سطوح اکسیژن خون استفاده می‌شود. اما نرم‌افزاری که این داده‌ها را به چنین اندازه‌گیری‌هایی تبدیل می‌کند در به‌روز‌رسانی‌های آتی می‌آید.

آنچه یک ابزار پوشیدنی قادر به اندازه‌گیری آن است به حسگرها و نرم‌افزار ابزار بستگی دارد. الگوریتم‌های سطح پایین برون‌داد تشخیص‌دهنده‌های نور و ابزارهای مشابه را به ضربان قلب تبدیل می‌کنند. برنامه‌های سطح بالاتر ضربان قلب، دمای بدن و حرکات را با یکدیگر ترکیب می‌کنند تا زمان و کیفیت خواب را اندازه بگیرند.

حسگرها و الگوریتم‌ها دست به دست یکدیگر می‌دهند و به ابزارهای پوشیدنی کمک می‌کنند تا تعداد گام‌ها،‌ مقدار کالری سوزانده‌شده،‌ سطح اکسیژن و دیگر چیزها را اندازه بگیرند. هوش مصنوعی توانمندی بیشتری به این الگوریتم‌ها می‌دهد. پیشرفت‌های فناوری در پنج سال گذشته این امکان را ایجاد کرد تا ابزارهای پوشیدنی با حسگرهای پیچیده‌تر و توان رایانش بیشتر تجمیع شوند. انگشتر نسل سوم کورا که سه سال پس از نسل دوم معرفی شد 32 برابر حافظه و طول عمر باتری بیشتری دارد.

با وجود این ابزارهای پوشیدنی قادرند اندازه‌گیری‌های بیشتر و دقیق‌تری انجام دهند. بنگاه پژوهشی IQVIA در تازه‌ترین بازبینی خود 384 ابزار پوشیدنی را شناسایی کرد که به مشتریان عرضه شده‌اند. از میان آنها می‌توان به مچ‌بندهای تناسب اندام، ساعت‌های ورزشی، ساعت‌های هوشمند، جواهرات هوشمندی مانند انگشتر کورا، سربندهای مجهز به حسگر، برچسب، نوار، گیره و حتی پوشاک (ازجمله جوراب‌های هوشمندی که علائم حیاتی کودکان را می‌سنجند) اشاره کرد. بیش از نیمی از ابزارهایی که در فهرست IQVIA آمده‌اند فعالیت‌ها را پایش می‌کنند. بقیه ابزارهایی هستند که مجموعه‌ای از متغیرهای سلامت شامل خواب، دمای بدن، تنفس، فشار خون،‌ اشباع اکسیژن، قند خون و فعالیت الکتریکی قلب را اندازه می‌گیرند.

بسیاری از این متغیرها در مچ‌بندهای رهگیری سلامت از قبیل فیت بیت (Fit Bit) و ساعت اپل دیده می‌شوند. در دوران همه‌گیری بسیاری از ابزارها اندازه‌گیری اکسیژن خون را به قابلیت‌های خود افزودند چون سطح پایین اکسیژن نشانه ابتلا به کووید شدید قلمداد می‌شد. شرکت راکلی فوتونیکس (Rockely Photonics) ارائه‌دهنده فناوری حسگرها به مشتریان بزرگ و تولیدکنندگان ابزارهای پزشکی ادعا می‌کند که تازه‌ترین حسگرهایش قادرند میزان آب،‌ قند، الکل، نمک لاکتیک (نشانگر تورم عضلانی ناشی از ورزش) و بسیاری از متغیرهای دیگر را در خون اندازه بگیرند. این قابلیت‌ها علاوه بر اندازه‌گیری دمای بدن و فشار خون هستند که جزو لاینفکی از توانایی‌های ابزارهای پوشیدنی محسوب می‌شوند. شرکت راکلی قصد دارد امسال از سازمان غذا و دارو (FDA) که نهاد نظارتی پزشکی در آمریکاست برای حسگرهایش تاییدیه بگیرد. این اندازه‌گیری‌ها در حوزه کاربردهای سلامت می‌توانند بینش لازم برای تشخیص نوع بیماری را فراهم کنند.

تشخیص‌های پزشکی اغلب به نشانگرهای زیستی (biomarker) وابسته‌اند که مولکول‌های خاصی در خون و دیگر مایعات بدن هستند که به یک وضعیت خاص سلامت ارتباط دارند. به عنوان مثال، تمرکز زیاد قند در خون نشانگر زیستی ابتلا به دیابت است. تشخیص بیماری‌های عصبی معمولاً از طریق ارزیابی‌های استاندارد از چگونگی رفتار فرد و چگونگی انجام دادن وظایف مشخص صورت می‌گیرد. برخی از اندازه‌گیری‌های الگوریتمی را که ابزارهای پوشیدنی انجام می‌دهند می‌توان معادلی دیجیتالی برای نشانگرهای زیستی و آزمایش‌های تشخیصی دانست. دیگر اندازه‌گیری‌ها قابلیت‌های جدیدی هستند که می‌توانند یک بیماری را پیش‌بینی کنند یا تشخیص دهند. به عنوان مثال می‌توان به ثبت الگوهای حرکات یا سرفه فرد اشاره کرد که در آزمایش‌های متعارف اندازه گرفته نمی‌شوند. این قابلیت‌ها در مجموع «نشانگرهای زیستی دیجیتال» نامیده می‌شوند.

پایش نشانگرهای زیستی دیجیتال به ابزارهای پوشیدنی و نرم‌افزارهای متصل به آنها امکان می‌دهد تا تغییراتی را شناسایی کنند که نشانه‌های اولیه یک بیماری یا آسیب‌های ناشی از کهولت سن هستند و در حالت عادی دیده نمی‌شوند. به عنوان مثال به انسداد دهلیزی اشاره می‌کنیم که ضربان غیرطبیعی قلب را به همراه می‌آورد و احتمال بروز سکته را بالا می‌برد. حدود 9 درصد از آمریکایی‌های بالای 65 سال و دو درصد از زیر 65‌ساله‌ها به این وضعیت دچار هستند و اغلب هیچ نشانه‌ای وجود ندارد که به آنها هشدار دهد. سازمان غذا و دارو در سال 2018 تایید کرد که ساعت اپل ابزاری دارد که می‌تواند انسداد دهلیزی را شناسایی کند. این ساعت در زمانی که یک رشته از ضربان‌های نامنظم اتفاق می‌افتد به فرد هشدار می‌دهد. کاربر می‌تواند انگشت خود را بر روی حسگر کناره ساعت قرار دهد. این حسگر مداری دارد که به فعالیت الکتریکی قلب حساس است و به ساعت امکان می‌دهد تا یک نوار قلب (ECG) تولید کند. نرم‌افزار فیت بیت نیز توانست در 11 آوریل تاییدیه سازمان غذا و دارو را برای قابلیت تشخیص انسداد دهلیز دریافت کند.

حرکات که منبعی پرسروصدا برای حسگرها هستند مولفه‌ای ارزشمند در بسیاری از نشانگرهای زیستی دیجیتال به شمار می‌آیند. به عنوان مثال، تغییر در الگوی پیاده‌روی نشان می‌دهد که احتمالاً تعادل فرد در حال آسیب دیدن است. مطالعه‌ای اخیر بیان می‌کند در افرادی که در مراحل اولیه ابتلا به پارکینسون هستند نحوه راه رفتن، حرکات بازو و تایپ کردن با افراد سالم تفاوت دارد. این تفاوت‌ها با ابزارهای گوشی همراه یا مچ‌بند اندازه‌گیری می‌شوند. اندازه‌گیری‌های دیجیتال با اطمینان زیاد به ما می‌گویند که بیماری تا چه اندازه پیشرفت کرده است.

در حال حاضر، بیماری افسردگی با استفاده از پرسش‌نامه استاندارد تشخیص داده می‌شود. اندازه‌گیری‌های دیجیتال احساسات در اصوات روزانه می‌توانند همین تشخیص را به خوبی انجام دهند. برخی از ارائه‌دهندگان خدمات مراقبتی درمانی و عصبی از الگوهای تعامل بین افراد و تلفن‌های هوشمندشان (بدون توجه به محتوایی که تایپ یا مشاهده می‌شود) استفاده می‌کنند تا وضعیت احساسی و شناختی بیماران را پایش کنند.

علاوه بر این،‌ ابزارهای پوشیدنی قادرند نشانه‌های بهبود و سلامتی را که افراد به آنها علاقه‌مندند شناسایی کنند. به عنوان مثال، افزایش دمای بدن نشانگر تخمک‌گذاری و بارداری است. کورا درحال آزمایش یک ویژگی است که از چند هفته قبل زمان قاعدگی بعدی را در زنان پیش‌بینی می‌کند. در یک مطالعه کوچک مشخص شد اندازه‌گیری‌های انگشتر کورا می‌توانند به طور میانگین حاملگی را 9 روز زودتر از تست‌های خانگی تشخیص دهند.

اندازه‌گیری برای اندازه‌گیری

تقریباً هیچ بخشی از زیست‌شناسی انسانی باقی نمانده که تحت تأثیر اندازه‌گیری‌های دیجیتال قرار نگرفته باشد. سازمان هیومن فرست (Human First) مستقر در سانفرانسیسکو دفترچه‌ای (کاتالوگ) از ابزارهای متصل به هم برای پایش بیماران تهیه می‌کند. این سازمان 1200 حسگر دیجیتال را معرفی می‌کند که با هشت هزار مقیاس فیزیولوژیکی و رفتاری پیوند خورده‌اند. البته کمیت به معنای کیفیت نیست. برخی ابزارها بهتر از بقیه بعضی از متغیرها را اندازه می‌گیرند. ممکن است یک محصول در اندازه‌گیری یک متغیر خوب عمل کند اما در دیگری خیر. بررسی مطالعات مربوط به صحت اندازه‌گیری‌های مختلف 72 ابزار مچ‌بند نشان داد که بسیاری از آنها عملکرد خوبی ندارند. در مقابل بعضی از برندهای پیشتاز بسیار جلوتر هستند. ابزارهای فیت بیت همیشه در شمارش گام‌ها خوب عمل می‌کنند. ساعت اپل بالاترین دقت را در اندازه‌گیری ضربان قلب دارد. اما از زمان انجام مطالعات تاکنون، اکثر ابزارها به‌روزرسانی شده‌اند و احتمالاً از الگوریتم‌های پیچیده‌تری استفاده می‌کنند.

همین وضعیت درباره پایش خواب که یک ویژگی پرطرفدار محسوب می‌شود برقرار است. بسیاری از ابزارها گزارش می‌دهند که مقدار زمان مراحل مختلف خواب از جمله خواب عمیق و خواب دارای حرکات سریع چشم را اندازه می‌گیرند. این مراحل برای عملکرد مغز و شارژ مجدد بدن اهمیت زیادی دارند. پژوهشگرانی که ابزارهای پوشیدنی را با یک روش بالینی پایش فعالیت‌های الکتریکی مغز توسط هدست‌های مخصوص مقایسه کردند به نتایج ناامیدکننده‌ای رسیدند. مطالعه سال 2020 درباره 9 ابزار پوشیدنی بیان می‌کند که تمام ابزارهای تجاری تست‌شده از دقت و صحت لازم برخوردار نبودند. اما برخی محصولات به‌ویژه فیت بیت و کورا چندین سال است که دقت قابل قبولی دارند. شیمال پاتال، دانشمند ارشد بنگاه کورا، می‌گوید در مطالعه‌ای با بیش از هزار شب خواب، الگوریتم‌های کورا در 78 درصد موارد با روش استاندارد اندازه‌گیری خواب (پلی‌سومنوگرافی) مطابقت داشته‌اند. در روش پلی‌سومنوگرافی یک متخصص داده‌های فعالیت مغز را درکل شب تحلیل می‌کند. اگر دو متخصص همین کار را انجام دهند نتایج آنها تا 83 درصد با یکدیگر مطابقت پیدا می‌کند.

اندازه‌گیری ضربان قلب یکی از حوزه‌هایی است که طبق مطالعات مستقل در آن اکثر ابزارها عملکرد خوبی دارند. یوهان اشلی، متخصص قلب در دانشگاه استنفورد، است و تیم او مطالعاتی مستقل درباره دقت ابزارهای پوشیدنی انجام می‌دهد. به گفته او «برندهای پیشرو به‌ویژه فیت بیت و اپل در طی سال‌ها آنقدر در زمینه اندازه‌گیری ضربان قلب خوب عمل کرده‌اند که من می‌توانم در شرایط بالینی به آنها اعتماد کنم».

وقتی از اندازه‌گیری‌ها برای آزمایش‌های تشخیصی در شرایط پزشکی مانند انسداد دهلیز قلب استفاده می‌شود علاوه بر دقت و صحت «قابلیت گزینش» هم لازم است. وقتی حساسیت الگوریتم‌ها بالا برود علائم بیشتری را دریافت می‌کنند اما احتمال تشخیص مثبت غلط بالا می‌رود.

بیش از 400 هزار نفر در برنامه‌های مطالعه قلب اپل و فیت بیت شرکت کردند. این افراد چندین ماه تحت نظر بودند. حدود 5 /0 تا یک درصد از شرکت‌کنندگان در هر مطالعه هشدار بی‌نظمی ضربان قلب دریافت کردند. از آنها خواسته شد برای یک یا دو هفته یک برچسب نوار قلب (بهترین روش برای اندازه‌گیری ضربان) را بپوشند. در هر دو مطالعه، یک‌سوم از افراد پایش‌شده دچار انسداد دهلیز بودند. ابزارهای فیت بیت در 98 درصد از موارد تشخیص درستی داشتند. اپل در 84 درصد درست عمل کرد. البته نمی‌توان این عملکردها را با یکدیگر مقایسه کرد چون میانگین سن شرکت‌کنندگان و دیگر متغیرها در آنها متفاوت بودند. در مطالعه‌ای دیگر که بر روی افراد بالاتر از 55 سال انجام گرفت نسخه به‌روزرسانی‌شده الگوریتم اپل 89 درصد از موارد انسداد دهلیز را شناسایی کرد و به 7 /0 درصد از افراد فاقد این بیماری هشدار غلط فرستاد.

هذر راث، متخصص قلب از دانشگاه تورنتو، درباره تشخیص‌های غلط ابزارهایی نگران است که ادعا می‌کنند می‌توانند مشکلات قلبی را تشخیص دهند اما هیچ کدام از ادعاهایشان تایید نشده است. به گفته او اگر افراد ابزاری پوشیده باشند که به آنها بگوید هیچ مشکلی ندارند آنگاه ممکن است به نشانه‌هایی مانند تپش شدید قلب بی‌توجهی کنند. دکتر راث به مطالعاتی اشاره می‌کند که در سال 2020 در مورد 40 ابزار پوشیدنی موجود در بازار انجام گرفت که 15 مورد از آنها تاییدیه سازمان غذا و دارو داشتند. حدود 1300 مطالعه درباره این ابزارها منتشر شده است اما اکثر آنها به موضوع امکان‌سنجی یا اثبات مفاهیم می‌پردازند. فقط 128 مطالعه در محیط آزمایش بالینی قلبی صورت گرفت در حالی‌که این همان داده‌هایی است که پزشکان لازم دارند تا بتوانند به نتایج حاصل از یک ابزار پوشیدنی اعتماد کنند.

اندی کوراوس مدیر ارشد شرکت هیومن فرست درباره ابزارهایی که تحت نظارت نیستند ابراز نگرانی می‌کند. به گفته او برخی ابزارها اطلاعاتی را گردآوری می‌کنند که در حال حاضر به عنوان داده‌های سلامت تحت حفاظت نیستند و ممکن است از آنها برای اهداف تبلیغاتی یا ابزار تبعیض در زمان استخدام یا در بیمه درمان استفاده شود. به عنوان مثال، یک نشانه عصبی از قبیل لرزش را می‌توان به عنوان داده سلامت گردآوری کرد و آن را نشانه‌ای از پارکینسون دانست. بیمه‌گران از طریق کارگزاران داده‌های آنلاین به این اطلاعات دسترسی پیدا و از آن فرد حق بیمه بالاتری مطالبه می‌کنند.

رشد پایش متغیرهای سلامت توسط ابزارهای پوشیدنی تحولات بزرگی در زمینه پیشگیری از بیماری‌های مزمن مانند دیابت یا بیماری قلبی را به همراه می‌آورد. تداوم اندازه‌گیری‌ها این امکان را فراهم می‌کند تا بفهمیم چه الگوهایی از ضربان قلب یا تنفس برای فرد طبیعی هستند. این امر به نوبه خود به کاربران و پزشکان آنها کمک می‌کند تا انحرافات مهم در سبک زندگی را زودهنگام و قبل از بروز بیماری بشناسند. اما اگر تشخیص سبک ناسالم زندگی به تغییر منجر نشود چنین تشخیصی بی‌فایده خواهد بود. ابزارها می‌توانند در زمینه تغییر سبک زندگی هم به ما کمک کنند.

منبع: اکونومیست