隨著遠(yuǎn)程醫(yī)療變得越來越流行，允許人們在家中測量生命體征并將結(jié)果通過計(jì)算機(jī)傳輸給醫(yī)生的設(shè)備也越來越流行。然而，在許多情況下，為有色人種獲取準(zhǔn)確的遠(yuǎn)程讀數(shù)已被證明是一項(xiàng)持久的挑戰(zhàn)。

以遠(yuǎn)程心率測量為例，它依賴于攝像頭感知患者面部顏色的細(xì)微變化，這些變化是由皮膚下血液流動(dòng)的波動(dòng)引起的。加州大學(xué)洛杉磯分校Samueli工程學(xué)院電氣和計(jì)算機(jī)工程助理教授AchutaKadambi說，這些設(shè)備是新興的遠(yuǎn)程技術(shù)類別的一部分，始終難以識別膚色較深的人的顏色變化。

Kadambi和他的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種遠(yuǎn)程診斷技術(shù)，可以克服這種對深色皮膚的隱含偏見，同時(shí)還可以使各種膚色的患者的心率讀數(shù)更加準(zhǔn)確。他們的秘密?將相機(jī)的基于光的測量與雷達(dá)的基于無線電的測量相結(jié)合。

研究人員在不列顛哥倫比亞省溫哥華舉行的SIGGRAPH2022會(huì)議上展示了他們最近發(fā)表在ACMTransactionsonGraphics雜志上的研究結(jié)果。該會(huì)議由計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)的成員每年組織一次，以虛擬方式和面對面方式舉行。

研究人員表示，這一進(jìn)步可能會(huì)導(dǎo)致新類別的高性能醫(yī)療設(shè)備和更準(zhǔn)確、更公平的遠(yuǎn)程技術(shù)，使醫(yī)生和醫(yī)療保健系統(tǒng)能夠自信地遠(yuǎn)程監(jiān)控患者，無論是在臨床環(huán)境中還是在患者家中。

“從更大的角度來看，這項(xiàng)工作表明實(shí)用和創(chuàng)新的工程解決方案可以解決醫(yī)療設(shè)備中持續(xù)存在的偏見，”同時(shí)也是加州大學(xué)洛杉磯分校加州納米系統(tǒng)研究所成員的Kadambi說。“但這首先需要承認(rèn)這種偏見意味著當(dāng)前最好的技術(shù)可能并不適合所有人。通過深思熟慮的設(shè)計(jì)，我們可以找到性能相同或更好的公平解決方案。”

Kadambi說，加州大學(xué)洛杉磯分校團(tuán)隊(duì)將兩種技術(shù)融合在一起，為實(shí)現(xiàn)這些目標(biāo)提供了一條有希望的道路，他也是計(jì)算機(jī)科學(xué)助理教授和該研究的首席研究員。作為加州大學(xué)洛杉磯分校視覺機(jī)器組的負(fù)責(zé)人，他撰寫了有關(guān)醫(yī)療設(shè)備中不同類型的偏見以及如何解決這些偏見的文章。

在開發(fā)新技術(shù)時(shí)，研究人員首先表明，遙感設(shè)備本身是偏差的來源，在他們的論文中證明，皮膚中較高水平的黑色素(皮膚中的天然色素)會(huì)干擾所謂的光體積描記術(shù)(PPG)，當(dāng)前基于攝像頭的遠(yuǎn)程心率測量中使用的信號。

PPG信號還用于通過諸如夾在患者手指上的脈搏血氧計(jì)等設(shè)備以及一些可穿戴商業(yè)產(chǎn)品和智能手表驅(qū)動(dòng)的應(yīng)用程序來測量心率。這些設(shè)備將光發(fā)射到皮膚上，并感知由表面下方的循環(huán)血液反射回來的光量的變化。反射光會(huì)產(chǎn)生PPG信號，這是衡量患者心率的指標(biāo)。

以前在此類技術(shù)中解決膚色偏差的努力通常是通過額外的編程或通過使用更多樣化的膚色范圍擴(kuò)展基線標(biāo)準(zhǔn)來糾正它們。但這些方法都沒有針對真正的問題，Kadambi說，這是設(shè)備本身的物理特性。

加州大學(xué)洛杉磯分校的研究人員轉(zhuǎn)而使用另一種可以估計(jì)心率的技術(shù)：雷達(dá)。在77GHz時(shí)，雷達(dá)可以從心跳感知胸部位移的細(xì)微變化。雖然這種方法克服了膚色偏差的問題，但它不如PPG信號可靠。然而，他們通過結(jié)合這兩種不同的傳感模式——相機(jī)和雷達(dá)——并通過機(jī)器學(xué)習(xí)改進(jìn)它們以協(xié)同工作，取得了成功。

在對91人進(jìn)行的測試中，研究人員證明，他們的相機(jī)雷達(dá)系統(tǒng)在測量精度和對各種膚色的公平性方面都優(yōu)于基于相機(jī)的遠(yuǎn)程PPG。

加州大學(xué)洛杉磯分校電氣和計(jì)算機(jī)工程研究生亞歷山大·維列索夫說：“多模式遠(yuǎn)程醫(yī)療保健有可能使設(shè)備不僅在膚色上更公平，而且在各種屬性上更公平，例如體重指數(shù)、性別和各種健康狀況。”和該論文的共同主要作者。“這些方面中的大部分都沒有得到徹底的探索，我們未來的部分研究旨在了解這些偏見。”

研究人員建議，可以對其他類型的技術(shù)進(jìn)行這種基于公平的改進(jìn)，例如熱傳感器、聲學(xué)傳感器、近紅外傳感器和光偏振傳感器。

“大流行表明，需要新技術(shù)來讓醫(yī)生和護(hù)理團(tuán)隊(duì)遠(yuǎn)程監(jiān)控他們的病人，”該研究的合著者、加州大學(xué)洛杉磯分校健康學(xué)院麻醉學(xué)和圍手術(shù)期醫(yī)學(xué)臨床助理教授LalehJalilian博士說。“從我們合作之初的一個(gè)關(guān)鍵焦點(diǎn)就是開發(fā)能夠在不同膚色的患者中公平和高精度地執(zhí)行的醫(yī)療技術(shù)，因?yàn)檫@將使醫(yī)生相信他們可以做出高質(zhì)量的醫(yī)療決策。”

加州大學(xué)洛杉磯分校電氣和計(jì)算機(jī)工程研究生PradyumnaChari和AdnanArmouti也是該論文的共同主要作者。其他論文作者是視覺機(jī)器組的所有成員，他們是加州大學(xué)洛杉磯分校電氣和計(jì)算機(jī)工程專業(yè)的研究生AnirudhBindiganavaleHarish、KimayaKulkarni和AnanyaDeoghare。