Tijdens de pandemie is het beoordelen van mensen met symptomen van Covid-19 een van de meest risicovolle onderdelen van het werk van een zorgverlener. Onderzoekers van MIT, Boston Dynamics en Brigham and Women’s Hospital hopen dat risico te verkleinen door robots te gebruiken om op afstand de vitale functies van patiënten te meten.
De robots, die worden bestuurd door een handheld-apparaat, kunnen ook een tablet dragen waarmee artsen patiënten naar hun symptomen kunnen vragen zonder in dezelfde kamer te zijn.
Gevaarlijke banen
“Op het gebied van robotica is een van onze doelen om automatisering en robottechnologie te gebruiken om mensen uit gevaarlijke banen te verwijderen”, zegt Henwei Huang, een postdoc van het MIT. “We dachten dat het voor ons mogelijk moest zijn om een robot te gebruiken om de zorgverlener te onttrekken aan het risico om zichzelf direct aan de patiënt bloot te stellen.”
Afstand
Met behulp van vier camera’s die zijn gemonteerd op een hondachtige robot die is ontwikkeld door Boston Dynamics, hebben de onderzoekers aangetoond dat ze de huidtemperatuur, ademhalingssnelheid, hartslag en bloedzuurstofverzadiging kunnen meten bij gezonde patiënten, vanaf een afstand van 2 meter. Ze maken nu plannen om het te testen bij patiënten met Covid-19-symptomen.
Technologieën aan het bed
“We zijn verheugd dat we dit partnerschap tussen de industrie en de academische wereld hebben gesmeed, waarbij wetenschappers met technische en robotica-expertise samenwerkten met klinische teams in het ziekenhuis om geavanceerde technologieën aan het bed te brengen”, zegt Giovanni Traverso, een MIT-assistent-professor werktuigbouwkunde, een gastro-enteroloog bij Brigham and Women’s Hospital, en de senior auteur van de studie.
Paper
De onderzoekers hebben een paper op hun systeem gepost op de preprint-server techRxiv, en deze voorgelegd aan een peer-reviewed tijdschrift. Huang is een van de hoofdauteurs van het onderzoek, samen met Peter Chai, een assistent-professor in de spoedeisende geneeskunde in Brigham and Women’s Hospital, en Claas Ehmke, een visiting scholar van ETH Zürich.
Vitale functies meten
Toen Covid-19-gevallen in maart in Boston begonnen te stijgen, zetten veel ziekenhuizen, waaronder Brigham en Women’s, triagetenten op buiten hun spoedeisende hulpafdelingen om mensen met Covid-19-symptomen te evalueren. Een belangrijk onderdeel van deze eerste evaluatie is het meten van vitale functies, waaronder de lichaamstemperatuur.
Blootstelling
De MIT- en BWH-onderzoekers kwamen op het idee om robotica te gebruiken om contactloze bewaking van vitale functies mogelijk te maken, zodat zorgverleners hun blootstelling aan mogelijk besmettelijke patiënten kunnen minimaliseren. Ze besloten om bestaande computer vision-technologieën te gebruiken die temperatuur, ademhalingssnelheid, polsslag en zuurstofverzadiging in het bloed kunnen meten, en werkten om ze mobiel te maken.
Camera’s
Om dat te bereiken, gebruikten ze een robot die bekend staat als Spot, die op vier poten kan lopen, net als een hond. Gezondheidswerkers kunnen de robot manoeuvreren naar waar patiënten ook zitten, met behulp van een draagbare controller. De onderzoekers monteerden vier verschillende camera’s op de robot: een infraroodcamera plus drie zwart-witcamera’s die licht met verschillende golflengten filteren.
Algoritmen
De onderzoekers ontwikkelden algoritmen waarmee ze de infraroodcamera kunnen gebruiken om zowel een verhoogde huidtemperatuur als ademhalingssnelheid te meten. Voor de lichaamstemperatuur meet de camera de huidtemperatuur op het gezicht, en het algoritme correleert die temperatuur met de lichaamstemperatuur. Het algoritme houdt ook rekening met de omgevingstemperatuur en de afstand tussen de camera en de patiënt, zodat metingen kunnen worden gedaan vanaf verschillende afstanden, onder verschillende weersomstandigheden en toch nauwkeurig zijn.
Metingen
Metingen van de infraroodcamera kunnen ook worden gebruikt om de ademhalingssnelheid van de patiënt te berekenen. Terwijl de patiënt in- en uitademt terwijl hij een masker draagt, verandert zijn ademhaling de temperatuur van het masker. Door deze temperatuurverandering te meten, kunnen de onderzoekers berekenen hoe snel de patiënt ademt.
Golflengte
De drie monochrome camera’s filteren elk een verschillende golflengte van licht – 670, 810 en 880 nanometer. Met deze golflengten kunnen de onderzoekers de lichte kleurveranderingen meten die ontstaan wanneer hemoglobine in bloedcellen zich bindt aan zuurstof en door bloedvaten stroomt. Het algoritme van de onderzoekers gebruikt deze metingen om zowel de hartslag als de zuurstofverzadiging in het bloed te berekenen.
Analyseren
“We hebben niet echt nieuwe technologie ontwikkeld om de metingen uit te voeren”, zegt Huang. “Wat we hebben gedaan, is ze heel specifiek samenvoegen voor de Covid-applicatie, om verschillende vitale functies tegelijkertijd te analyseren.”
Voortdurende monitoring
In deze studie voerden de onderzoekers de metingen uit bij gezonde vrijwilligers, en ze maken nu plannen om hun robotbenadering te testen bij mensen die symptomen van Covid-19 vertonen, op de afdeling spoedeisende hulp van een ziekenhuis.
Ziekenhuiskamers
Terwijl de onderzoekers zich op korte termijn willen concentreren op triage-toepassingen, denken ze dat de robots op de langere termijn kunnen worden ingezet in de ziekenhuiskamers van patiënten. Hierdoor kunnen de robots continu patiënten monitoren en kunnen artsen ze ook via tablet controleren zonder de kamer te betreden. Beide aanvragen vereisen goedkeuring van de Amerikaanse Food and Drug Administration.
Beeld: MIT
