App guarda il tuo allievo per rilevare commozione cerebrale

Un’app per smartphone potrebbe rilevare commozioni cerebrali e altre lesioni cerebrali sul campo, sia a margine di una partita sportiva, sul campo di battaglia o in casa di adulti più anziani inclini a cadere.,

L’app, chiamata PupilScreen, può rilevare i cambiamenti nella risposta di un alunno alla luce utilizzando la videocamera di uno smartphone e strumenti di deep learning—un tipo di intelligenza artificiale—in grado di quantificare i cambiamenti impercettibili all’occhio umano.

Questo riflesso della luce pupillare è stato a lungo utilizzato per valutare se un paziente ha gravi lesioni cerebrali traumatiche e recenti ricerche trovano che possa essere utile per rilevare commozioni cerebrali più lievi—aprendo una strada completamente nuova per lo screening.

Il team di informatici, ingegneri elettrici e ricercatori medici ha dimostrato che PupilScreen può essere utilizzato per rilevare casi di lesioni cerebrali traumatiche significative.,

Uno studio clinico più ampio di questo autunno metterà PupilScreen nelle mani di allenatori, tecnici medici di emergenza, medici e altri per raccogliere più dati su quali caratteristiche di risposta pupillare sono più utili nel determinare casi ambigui di commozione cerebrale. I ricercatori sperano di rilasciare una versione disponibile in commercio di PupilScreen entro due anni.,

‘Un game-changer’

“Avere una misura oggettiva che un allenatore o un genitore o chiunque a margine di un gioco potrebbe usare per schermare per commozione cerebrale sarebbe davvero un game-changer”, dice Shwetak Patel, professore di informatica& ingegneria e ingegneria elettrica presso l’Università di Washington.

” In questo momento i migliori protocolli di screening che abbiamo sono ancora soggettivi, e un giocatore che vuole davvero tornare in campo può trovare il modo di giocare il sistema”, dice.,

Come descritto in un documento presentato settembre., 13 a Ubicomp 2017, PupilScreen può valutare il riflesso della luce pupillare di un paziente quasi come un pupilometro, una macchina costosa e raramente utilizzata che si trova solo negli ospedali. Utilizza il flash dello smartphone per stimolare gli occhi del paziente e la videocamera per registrare un video di tre secondi.

Il video viene elaborato utilizzando algoritmi di deep learning in grado di determinare quali pixel appartengono alla pupilla in ogni fotogramma video e misurare i cambiamenti nella dimensione della pupilla tra quei fotogrammi.,

In un piccolo studio pilota che ha combinato i risultati di 48 da pazienti con lesioni cerebrali traumatiche e da persone sane, i medici sono stati in grado di diagnosticare le lesioni cerebrali con una precisione quasi perfetta utilizzando l’output dell’app da solo.

Valutazione oggettiva

Negli sport amatoriali di oggi, anche le migliori pratiche che gli allenatori o i genitori usano se un atleta è sospettato di una commozione cerebrale durante una partita—chiedendo loro dove sono, ripetere un elenco di parole, bilanciare, toccare un dito al naso—consistono essenzialmente in una valutazione soggettiva.,

“think pensiamo che questo dispositivo consentirà a tutti, dagli allenatori della Little League ai medici della NFL ai medici del dipartimento di emergenza, di rilevare rapidamente e triage lesioni alla testa.”

Al contrario, PupilScreen mira a generare dati oggettivi e clinicamente rilevanti che chiunque in disparte potrebbe utilizzare per determinare se un giocatore dovrebbe essere ulteriormente valutato per commozione cerebrale o altre lesioni cerebrali.

I Centri statunitensi per il controllo e la prevenzione delle malattie stimano circa la metà del 3.,8 milioni di commozioni cerebrali all’anno negli Stati Uniti da lesioni sportive ricreative da solo vanno ancora non diagnosticati, mettendo milioni di giovani giocatori e adulti a rischio di future lesioni alla testa e deficit cognitivi permanenti.

Storicamente, non c’è stato alcun modo infallibile per diagnosticare la commozione cerebrale—anche al pronto soccorso, dice il coautore Lynn McGrath, un medico residente nel dipartimento di chirurgia neurologica dell’università. I medici di solito eseguono test per escludere casi peggiori come un’emorragia cerebrale o una frattura del cranio. Dopo che sono state escluse lesioni alla testa più gravi, è possibile effettuare una diagnosi di commozione cerebrale.,

I medici hanno a lungo utilizzato il riflesso della luce pupillare—di solito sotto forma di un test penlight in cui brillano una luce negli occhi di un paziente—per valutare le forme gravi di lesioni cerebrali. Ma un crescente corpo di ricerca medica ha recentemente scoperto che cambiamenti più sottili nella risposta della pupilla possono essere utili nel rilevare commozioni cerebrali più lievi.

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“PupilScreen mira a colmare questa lacuna dandoci la prima capacità di misurare un biomarcatore oggettivo di commozione cerebrale sul campo”, afferma McGrath., “Dopo ulteriori test, pensiamo che questo dispositivo consentirà a tutti, dagli allenatori della Little League ai medici della NFL ai medici del dipartimento di emergenza, di rilevare e testare rapidamente le lesioni alla testa.”

Guardando avanti, affrontando sfide

Mentre il team di ricerca inizialmente testato PupilScreen con una scatola stampata in 3D per controllare l’esposizione dell’occhio alla luce, i ricercatori stanno ora allenando la loro rete neurale di apprendimento automatico per produrre risultati simili con la sola fotocamera dello smartphone.

“La visione che stiamo girando per è avere qualcuno semplicemente tenere il telefono e utilizzare il flash., Vogliamo che ogni genitore, allenatore, caregiver o EMT che è preoccupato per una lesione cerebrale sia in grado di usarlo sul posto senza bisogno di hardware aggiuntivo”, afferma l’autore principale Alex Mariakakis, uno studente di dottorato in informatica & ingegneria.

Una delle sfide nello sviluppo di PupilScreen ha coinvolto la formazione degli strumenti di apprendimento automatico per distinguere tra pupilla e iride dell’occhio, che ha comportato l’annotazione di circa 4.000 immagini di occhi a mano., Un computer ha il vantaggio di essere in grado di quantificare sottili cambiamenti nel riflesso della luce pupillare che l’occhio umano non può percepire.

” Invece di progettare un algoritmo per risolvere il problema specifico della misurazione della risposta degli alunni, lo abbiamo spostato su un approccio di apprendimento automatico—raccogliendo molti dati e scrivendo un algoritmo che ha permesso al computer di imparare da solo”, afferma il coautore Jacob Baudin, uno studente di medicina e studente di dottorato in fisiologia e biofisica.,

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I ricercatori PupilScreen stanno attualmente lavorando per identificare i partner interessati a condurre ulteriori studi sul campo della app, che si aspettano di iniziare nel mese di ottobre.

La National Science Foundation, la Washington Research Foundation e Amazon Catalyst hanno finanziato il progetto.