Aplikacja patrzy na ucznia, aby wykryć wstrząs mózgu

aplikacja na smartfony może wykrywać wstrząsy i inne urazy mózgu w terenie, czy to na uboczu gry sportowej, na polu bitwy, czy w domu osób starszych podatnych na upadki.,

aplikacja, o nazwie PupilScreen, może wykrywać zmiany w reakcji ucznia na światło za pomocą kamery wideo smartfona i narzędzi głębokiego uczenia—rodzaj sztucznej inteligencji-które mogą określić ilościowo zmiany niedostrzegalne dla ludzkiego oka.

ten odruch świetlny źrenic od dawna był używany do oceny, czy pacjent ma poważne urazowe uszkodzenie mózgu, a ostatnie badania wykazały, że może być przydatny w wykrywaniu łagodniejszych wstrząsów-otwierając zupełnie nową drogę do badań przesiewowych.

zespół informatyków, inżynierów elektryków i naukowców medycznych wykazał, że PupilScreen może być używany do wykrywania przypadków znacznego urazu mózgu.,

szersze badanie kliniczne tej jesieni wprowadzi PupilScreen w ręce trenerów, techników ratownictwa medycznego, lekarzy i innych, aby zebrać więcej danych, które cechy odpowiedzi źrenic są najbardziej pomocne w określaniu niejednoznacznych przypadków wstrząsu mózgu. Naukowcy mają nadzieję wydać komercyjnie dostępną wersję PupilScreen w ciągu dwóch lat.,

’game-changer'

„posiadanie obiektywnej miary, której trener, rodzic lub ktokolwiek z boku gry mógłby użyć do wykrycia wstrząsu mózgu, naprawdę by zmieniło grę”, mówi Shwetak Patel, profesor informatyki & inżynierii i inżynierii elektrycznej na Uniwersytecie w Waszyngtonie.

„w tej chwili najlepsze protokoły kontroli są nadal subiektywne, a gracz, który naprawdę chce wrócić na boisko, może znaleźć sposób na grę systemem” – mówi.,

jak opisano w artykule przedstawionym we wrześniu., 13 na Ubicomp 2017 PupilScreen może ocenić odruch światła źrenic pacjenta prawie tak samo, jak pupilometr, droga i rzadko używana maszyna spotykana tylko w szpitalach. Wykorzystuje lampę błyskową smartfona do stymulowania oczu pacjenta, a kamerę wideo do nagrywania trzysekundowego wideo.

wideo jest przetwarzane przy użyciu algorytmów uczenia głębokiego, które mogą określić, które piksele należą do ucznia w każdej klatce wideo i zmierzyć zmiany rozmiaru uczniów w tych klatkach.,

w małym badaniu pilotażowym, w którym połączono 48 wyników od pacjentów z urazowym uszkodzeniem mózgu i od zdrowych ludzi, lekarze byli w stanie zdiagnozować urazy mózgu z niemal doskonałą dokładnością, korzystając tylko z wyników aplikacji.

ocena obiektywna

w sporcie amatorskim obecnie nawet najlepsze praktyki stosowane przez trenerów lub rodziców, jeśli zawodnik jest podejrzany o wstrząs mózgu podczas gry—Pytanie ich, gdzie są, powtarzanie listy słów, balansowanie, dotykanie palca do nosa—zasadniczo składają się z subiektywnej oceny.,

„…uważamy, że to urządzenie umożliwi każdemu, od trenerów Małej Ligi przez lekarzy NFL po lekarzy pogotowia, szybkie wykrywanie i ocenianie urazów głowy.”

w przeciwieństwie do tego, PupilScreen ma na celu wygenerowanie obiektywnych i istotnych klinicznie danych, które każdy z boku może wykorzystać do określenia, czy gracz powinien zostać poddany dalszej ocenie pod kątem wstrząśnienia mózgu lub innego urazu mózgu.

amerykańskie Centers for Disease Control and Prevention szacuje ok.,8 milionów wstrząsów rocznie w Stanach Zjednoczonych z powodu rekreacyjnych urazów sportowych nadal pozostaje nierozpoznane, narażając miliony młodych zawodników i dorosłych na ryzyko przyszłego urazu głowy i trwałych deficytów poznawczych.

historycznie, nie było pewny sposób, aby zdiagnozować wstrząśnienie mózgu—nawet w izbie przyjęć, mówi współautorka Lynn McGrath, lekarz rezydent na Wydziale chirurgii neurologicznej na Uniwersytecie. Lekarze zwykle przeprowadzają badania, aby wykluczyć najgorsze przypadki, takie jak krwawienie do mózgu lub złamanie czaszki. Po wykluczeniu poważniejszych urazów głowy można postawić diagnozę wstrząsu mózgu.,

lekarze od dawna używają odruchu światła źrenic—zwykle w formie testu na latarce, w którym świecą światłem w oczy pacjenta—do oceny ciężkich form uszkodzenia mózgu. Ale coraz więcej badań medycznych niedawno okazało się, że bardziej subtelne zmiany w reakcji źrenic mogą być przydatne w wykrywaniu łagodniejszych wstrząsów.

choroba mózgu stwierdzona u 110 z 111 zmarłych graczy NFL

„, „Po dalszych testach uważamy, że to urządzenie umożliwi wszystkim, od trenerów Małej Ligi przez lekarzy NFL po lekarzy oddziałów ratunkowych, szybkie wykrywanie i ocenianie urazów głowy.”

patrząc w przyszłość, stojąc przed wyzwaniami

podczas gdy zespół badawczy początkowo testował PupilScreen z drukowanym pudełkiem 3D, aby kontrolować ekspozycję oka na światło, naukowcy trenują teraz sieć neuronową uczenia maszynowego, aby uzyskać podobne wyniki za pomocą samej kamery smartfona.

„wizją, dla której kręcimy, jest to, że ktoś po prostu przytrzymuje telefon i używa lampy błyskowej., Chcemy, aby każdy rodzic, trener, opiekun lub sanitariusz, który jest zaniepokojony uszkodzeniem mózgu, mógł z niego korzystać na miejscu bez potrzeby dodatkowego sprzętu”, mówi główny autor Alex Mariakakis, doktorant w dziedzinie informatyki & Inżynieria.

jednym z wyzwań w rozwoju PupilScreen było szkolenie narzędzi uczenia maszynowego do rozróżniania źrenicy oka i tęczówki, co wymagało ręcznego notowania około 4000 obrazów oczu., Komputer ma tę zaletę, że jest w stanie oszacować subtelne zmiany w odruchu świetlnym źrenic, których ludzkie oko nie może dostrzec.

„zamiast zaprojektować algorytm do rozwiązania konkretnego problemu pomiaru reakcji uczniów, przenieśliśmy to do podejścia uczenia maszynowego—zbierając wiele danych i pisząc algorytm, który pozwolił komputerowi samodzielnie się uczyć”, mówi współautor Jacob Baudin, student medycyny i doktorant w dziedzinie fizjologii i Biofizyki.,

sztuczna inteligencja może wykryć wstrząsy po latach

naukowcy z PupilScreen pracują obecnie nad identyfikacją partnerów zainteresowanych przeprowadzeniem dodatkowych badań terenowych aplikacji, które mają rozpocząć się w październiku.

National Science Foundation, Washington Research Foundation i Amazon Catalyst sfinansowały projekt.