可穿戴式AI设备帮助患者从新冠病毒中康复

那是将近一年前的七月，今年 6 月就要 60 岁的米切尔在芝加哥伊利诺伊大学医院担任药房技术员时，被检测出了新冠病毒阳性。她的主要症状包括打喷嚏，咳嗽以及头晕目眩。

医院的管理层给了她两个选择，她可以选择在酒店隔离，也可以选择在家中隔离至康复，并通过戴在胸前的传感器贴片全天候监测她的生命体征。米切尔选择了后者，然后回家了。

（来源：《麻省理工科技评论》）

两个晚上后，她因为无法呼吸而极度恐慌地醒来。她在芝加哥郊区房子的卧室内，觉得洗个澡可能会好一点。

“当我从床上走到洗手间时，我已经汗流浃背了，” 她说，“我不得不坐下来喘口气。当时的我只觉得头晕目眩，几乎说不出话。”

这正是 “救命电话” 发生的时候。伊利诺伊大学医院的临床医生们当时正在通过像米切尔佩戴的传感器，来远程监控数百名确诊新冠后在家自行隔离的患者和员工。

他们看到米切尔的情况恶化后便给她打了电话，“当我的电话响起时，我正坐在浴室里，手拼命扶着水槽，” 她说。医务人员通过电话告诉她，她需要立即去看医生。

米切尔当时很纠结，她不想打扰睡在楼下的家人，并且叫救护车也太极端了。但是，第二天早上，她接到了来自医生的第二个电话：现在就去医院，否则我们就会叫救护车给你。

于是米切尔让她的丈夫 —— 几个月前确诊了新冠的患者开车送她去芝加哥的西北医院。她很快就被医院接收，并被告知她的氧气水平低得危险。

她说她在家的身体状况变化非常快：从非常轻微的症状到严重的呼吸系统问题只过了一小会，甚至没有意识到自己处于危机之中。但在第二次通话时，她说：“我意识到我遇到了大麻烦，并且急需帮助。” 后来她在医院待了将近一个星期。

帮助米切尔的试点项目是伊利诺伊大学卫生系统和数字医学初创公司 PhysIQ 进行的一项研究的一部分，该研究由美国国立卫生研究院资助。这是对新冠患者在医院外接受护理的新方式的一项重要测试。

监测人们从康复的进展仍然是一个艰难的挑战，因为他们的症状可能会十分迅速地取人性命。一些医院和卫生系统大幅扩大了可穿戴设备和其他移动健康技术的使用范围，以能够全天候远程观察病人们的生命体征。

伊利诺伊的这个项目为在家隔离的新冠患者提供了一个可带回家的工具包，其中包括一个脉搏血氧仪、一个蓝牙传感器贴片和一个配对的智能手机。

该软件从可穿戴贴片中获取数据，并使用机器学习来提取每个人的生命体征概况。当患者的生命体征（例如心率）偏离正常水平时，监测系统便会远程提醒临床医生。

通常，自行隔离恢复的患者会带着脉搏血氧仪回家。而 PhysIQ 的开发人员说他们的系统更加敏感，因为它会使用 AI 来了解每个病人的身体，它的创建者声称它更有可能预测重要的变化。

“它会带来巨大的好处，” 伊利诺伊大学健康中心的首席医疗官兼急诊医学主任特里・范登・霍克（ Terry Vanden Hoek）说，伊利诺伊大学是主要进行这次试点项目的学校。

解决新冠问题其实很困难的，他说：“当你在急诊科工作，看患者们为了寻求帮助而久等其实是很可悲的。他们需要带呼吸机的重症监护。你会忍不住问自己，‘如果我们能在四天前警告他们，我们能阻止这一切吗？’”

像米切尔一样，大多数研究参与者都是非裔美国人，另一大群体是拉丁裔。许多人还患有糖尿病、肥胖、高血压或肺部疾病等，这些因素会使新冠的康复变得复杂且缓慢。比如说，米切尔就同时患有糖尿病、高血压和哮喘。

非裔和拉丁裔在芝加哥和全国各地受到疫情的打击最为严重，许多人都是基层工人，或住在人口密度十分大的住房中。

比如说，米切尔家里有 11 个人，包括她的丈夫、三个女儿和六个孙子。“我和家人做什么都在一起，甚至一起中招新冠！”

她笑着说，2020 年 3 月，她的两个女儿病毒检测呈阳性，其次是她的丈夫，然后是她本人。

尽管非裔美国人仅占芝加哥人口的 30%，但他们却占该市最早的确诊病例的 70 % 左右。这个百分比现在已经下降，但非裔美国人的新冠死亡率仍然是白人的 2 到 3 倍。

疫苗接种计划在这片社区内也并不是很成功，该研究的研究人员表示：PhysIQ 系统可以帮助提高存活率，就像他们对米切尔所做的那样：在为时已晚之前将患者送到急诊室。

喷气发动机的教训

PhysIQ 的创始人加里・康克莱特（Gary Conkright）以前有过远程监控的经验，但没有在对人方面仍是一张白纸。在 1990 年代中期，他与芝加哥大学合作开发了一家名为 Smart Signal 的早期 AI 初创公司，该公司主要使用机器学习远程监控喷气发动机和核电站设备的性能。

“我们的技术非常擅长检测细微的变化，这些变化是很多问题的最早预测因素，” 康克莱特说，“我们在通用电气、普惠和劳斯莱斯之前就发现了喷气发动机的问题，因为我们为每个发动机都开发了个性化模型。”

Smart Signal 后来被通用电气收购，但康克莱特保留了将算法应用于人体的权利。他说，当时他的母亲患有慢性阻塞性肺病，多次被紧急送往重症监护室。他便好奇是否可以通过调整现有的人工智能系统来远程监控他母亲的康复情况，结果 PhysIQ 和它的算法现在被广泛用于监测心脏病、慢性阻塞性肺疾病（ COPD，Chronic Obstructive Pulmonary Disease，）和新冠患者的生命体征。

康克莱特说，它的强大之处在于它能够为每个患者创建一个独特的 “基线”：患者身体各项正常指标；然后检测可能出问题的各种微小变化。

该算法只需要大约 36 小时即可为每个人创建个人资料。系统将会了解 “你日常生活中是什么样的”，范登霍克说，“如果系统检测到你呼吸加快，活动水平下降，或者心率与基线不同。

研究人员便可以查看这些警报，如果有问题的话将会打电话给那个人，要求患者去做检查。”，例如潜在的心脏或呼吸衰竭，他说：“患者们将被转介给医生，紧急护理或急诊科。”

在试点中，临床医生会全天候监控数据流。当参与者的状况发生轻微变化时，系统会向医务人员发出警报：例如，如果他们的心率与平时的正常情况不太一样。

机器学习模型是用参与研究第一阶段的人的数据进行训练的。去年，大约有 500 名出院患者和工作人员在家中接受了监测。研究人员预计该组中约有 5% 的人会有需要治疗的情况，而这个数字实际上大约是 10%。

范登霍克说，新系统将会比传统的脉搏血氧仪在更短的时间内预测到这些事件，在某种意义上也会减少需要住院治疗的患者。管理人员表示，该计划为他们节省了 “大量” 资金。

到目前为止，美国食品和药物管理局（FDA）已经批准了该公司的五种算法，其中包括为退伍军人事务部开发的心力衰竭预测模型。

可穿戴设备的前景与危险

越来越多的算法尝试被嵌入在可穿戴设备中的 AI 以诊断和监控新冠病毒病例，这家位于芝加哥的试点项目只是其中之一。 例如，旧金山公司在早期检测工具方面取得了进展： 其算法至少在出现明显症状前一天就能检测到约 50% 的病例。

美国陆军还通过其虚拟医疗中心开展了一项全国性的试点计划，它的系统与伊利诺伊州的试验非常相似，包括通过可穿戴贴片持续监测患者的生命体征。

位于芝加哥的计划将贯穿全年，现在除了 UI Health 之外，他们还从当地几家医院招募了参与者，总数达到约 1700。

尽管这是该市为黑人和拉丁裔群体实施的一项重要措施，但一些专家仍警告说，在可穿戴设备方面保持谨慎很重要：特别是因为人工智能已被一些人用来永久化歧视。

黑人和拉丁裔群体并不总会受益于技术进步，他们在 AI 医学中已经经历过了种族偏见，无论是来自不能清楚确定其健康需求严重程度的医院筛查系统，还是早期在黑人社区以外定位新冠测试中心的决策。

“仅针对非裔美国人进行的移动健康研究还不够多，” 佛罗里达大学健康学副教授德洛雷斯・詹姆斯（Delores C.S. James）说，她的研究重点是数字健康差异，不过她没有参与芝加哥的研究。

“鉴于智能手机的高拥有度和社交媒体参与度，这是一个独特的机会，” 她说，“我们得牢记健康差异的高比率和糟糕的健康结果，所以所有人必须都被包括在内。”

米切尔说，她很高兴边缘化群体能够从 AI 工具中受益。“这种设备正在被剥夺这些机会的社区中使用，” 她说，“这可以帮助我们所有人。”

到今天，她仍然保持乐观，尽管作为估计有 300 万被认为是 “长尾” 幸存者（会留下后遗症的康复者）的美国人之一，她仍在努力应对新冠病毒对她健康带来的影响。

她已经有将近五个月没有重返工作岗位，目前她正在接受心脏康复治疗，以帮助改善呼吸和说话。最近的一项研究表明，长期的康复者的死亡风险更高，并且全身都更有可能得上并发症，症状如果持续的话也将成为一个 “巨大的健康负担”。

尽管如此，米切尔说，传感器还是在这些长期问题和更贵的医疗费之间造成了差异。“我还活着全归功于这个监控系统，” 她说。

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参考：

https://www.technologyreview.com/2021/06/09/1025889/wearable-ai-body-sensor-covid-chicago/