App schaut auf Ihre Schüler Gehirnerschütterung

Eine Smartphone-App könnte Gehirnerschütterungen und andere Hirnverletzungen auf dem Feld erkennen, sei es am Rande eines Sportspiels, auf dem Schlachtfeld oder im Haus älterer Erwachsener, die zum Sturz neigen.,

Die App namens PupilScreen kann Änderungen in der Reaktion eines Schülers auf Licht mithilfe der Videokamera eines Smartphones und Deep—Learning—Tools-einer Art künstlicher Intelligenz-erkennen, mit denen Änderungen quantifiziert werden können, die für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar sind.

Dieser Pupillenlichtreflex wird seit langem verwendet, um zu beurteilen, ob ein Patient eine schwere traumatische Hirnverletzung hat, und neuere Forschungen finden es nützlich sein kann, mildere Gehirnerschütterungen zu erkennen—eine völlig neue Möglichkeit für das Screening zu eröffnen.

Das Team von Informatikern, Elektroingenieuren und medizinischen Forschern hat gezeigt, dass PupilScreen verwendet werden kann, um Fälle von signifikanten traumatischen Hirnverletzungen zu erkennen.,

Eine breitere klinische Studie in diesem Herbst wird PupilScreen in die Hände von Trainern, Notfallmedizinern, Ärzten und anderen legen, um mehr Daten darüber zu sammeln, welche Pupillenreaktionsmerkmale bei der Bestimmung mehrdeutiger Fälle von Gehirnerschütterung am hilfreichsten sind. Die Forscher hoffen, innerhalb von zwei Jahren eine kommerziell erhältliche Version von PupilScreen zu veröffentlichen.,

‚A game-changer‘

„Ein objektives Maß zu haben, das ein Trainer oder Elternteil oder jemand am Rande eines Spiels für eine Gehirnerschütterung verwenden könnte, wäre wirklich ein Game-Changer“, sagt Shwetak Patel, Professor für Informatik & Engineering und Elektrotechnik an der University of Washington.

„Im Moment sind die besten Screening-Protokolle, die wir haben, immer noch subjektiv, und ein Spieler, der wirklich wieder auf das Feld will, kann Wege finden, das System zu spielen“, sagt er.,

Wie in einem Papier beschrieben vorgestellt Sept., 13 auf der Ubicomp 2017 kann PupilScreen den Pupillenlichtreflex eines Patienten fast genauso gut beurteilen wie ein Pupilometer, eine teure und selten verwendete Maschine, die nur in Krankenhäusern zu finden ist. Es verwendet den Blitz des Smartphones, um die Augen des Patienten zu stimulieren, und die Videokamera, um ein Drei-Sekunden-Video aufzunehmen.

Das Video wird mit Deep-Learning-Algorithmen verarbeitet, die bestimmen können, welche Pixel in jedem Videorahmen zur Pupille gehören, und die Änderungen der Pupillengröße in diesen Frames messen.,

In einer kleinen Pilotstudie, die 48 Ergebnisse von Patienten mit traumatischen Hirnverletzungen und von gesunden Menschen kombinierte, konnten Kliniker die Hirnverletzungen mit nahezu perfekter Genauigkeit diagnostizieren, indem sie allein die Ausgabe der App verwendeten.

Objektive Beurteilung

Im Amateursport bestehen selbst die Best Practices, die Trainer oder Eltern anwenden, wenn ein Athlet im Verdacht steht, während eines Spiels eine Gehirnerschütterung zu erleiden—sie zu fragen, wo sie sich befinden, eine Liste von Wörtern zu wiederholen, zu balancieren, einen Finger mit der Nase zu berühren—im Wesentlichen aus subjektiver Beurteilung.,

“ …wir glauben, dass dieses Gerät jeden von Little League Trainern über NFL-Ärzte bis hin zu Notärzten befähigen wird, Kopfverletzungen schnell zu erkennen und zu testen.“

Im Gegensatz dazu zielt PupilScreen darauf ab, objektive und klinisch relevante Daten zu generieren, mit denen jeder an der Seitenlinie bestimmen kann, ob ein Spieler weiter untersucht werden soll Gehirnerschütterung oder andere Hirnverletzungen.

Die US-Centers for Disease Control and Prevention schätzt über die Hälfte der 3.,Allein 8 Millionen Gehirnerschütterungen pro Jahr in den USA aufgrund von Freizeitsportverletzungen werden immer noch nicht diagnostiziert, wodurch Millionen junger Spieler und Erwachsener einem Risiko für zukünftige Kopfverletzungen und dauerhafte kognitive Defizite ausgesetzt sind.

Historisch gesehen gab es keine todsichere Möglichkeit, eine Gehirnerschütterung zu diagnostizieren-sogar in der Notaufnahme, sagt Co-Autorin Lynn McGrath, Assistenzärztin in der Abteilung für neurologische Chirurgie an der Universität. Ärzte führen normalerweise Tests durch, um schlimmste Fälle wie Hirnblutungen oder Schädelfrakturen auszuschließen. Nachdem schwerere Kopfverletzungen ausgeschlossen sind, kann eine Gehirnerschütterung diagnostiziert werden.,

Mediziner verwenden seit langem den Pupillenlichtreflex-normalerweise in Form eines Penlight—Tests, bei dem sie einem Patienten ein Licht in die Augen scheinen -, um schwere Formen von Hirnverletzungen zu beurteilen. Eine wachsende medizinische Forschung hat jedoch kürzlich herausgefunden, dass subtilere Veränderungen der Pupillenreaktion nützlich sein können, um mildere Gehirnerschütterungen zu erkennen.

Gehirnerkrankung bei 110 von 111 verstorbenen NFL-Spielern

„PupilScreen zielt darauf ab, diese Lücke zu schließen, indem es uns die erste Möglichkeit gibt, einen objektiven Biomarker für Gehirnerschütterungen auf dem Feld zu messen“, sagt McGrath., „Nach weiteren Tests glauben wir, dass dieses Gerät alle von Trainern der Little League über NFL-Ärzte bis hin zu Notärzten befähigen wird, Kopfverletzungen schnell zu erkennen und zu testen.“

Mit Blick auf die Zukunft vor Herausforderungen

Während das Forscherteam zunächst PupilScreen mit einer 3D-gedruckten Box getestet hat, um die Lichteinwirkung des Auges zu kontrollieren, trainieren die Forscher jetzt ihr neuronales Netzwerk für maschinelles Lernen, um ähnliche Ergebnisse zu erzielen mit der Smartphone-Kamera allein.

„Die Vision, für die wir drehen, ist, dass jemand einfach das Telefon hochhält und den Blitz benutzt., Wir möchten, dass alle Eltern, Trainer, Betreuer oder EMT, die sich Sorgen um eine Hirnverletzung machen, diese vor Ort nutzen können, ohne zusätzliche Hardware zu benötigen“, sagt Hauptautor Alex Mariakakis, Doktorand in Informatik & engineering.

Eine der Herausforderungen bei der Entwicklung von PupilScreen bestand darin, die maschinellen Lernwerkzeuge zu trainieren, um zwischen Pupille und Iris des Auges zu unterscheiden, wobei ungefähr 4,000 Augenbilder von Hand kommentiert wurden., Ein Computer hat den Vorteil, dass er subtile Veränderungen des Pupillenlichtreflexes quantifizieren kann, die das menschliche Auge nicht wahrnehmen kann.

„Anstatt einen Algorithmus zur Lösung des spezifischen Problems der Messung der Reaktion der Schüler zu entwerfen, haben wir diesen auf einen Ansatz für maschinelles Lernen umgestellt-viele Daten zu sammeln und einen Algorithmus zu schreiben, der es dem Computer ermöglichte, für sich selbst zu lernen“, sagt Co-Autor Jacob Baudin, Medizinstudent und Doktorand in Physiologie und Biophysik.,

KI kann Gehirnerschütterungen von Athleten Jahre später erkennen

Die PupilScreen-Forscher arbeiten derzeit daran, Partner zu identifizieren, die an der Durchführung zusätzlicher Feldstudien der App interessiert sind, die voraussichtlich im Oktober beginnen werden.

Die National Science Foundation, die Washington Research Foundation und Amazon Catalyst finanzierten das Projekt.