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美科学家用算法分析PPG讯号 手机就能检测糖尿病

美科学家用算法分析PPG讯号 手机就能检测糖尿病。李建梁摄

美国有3,000万人患有糖尿病,但几乎4分之1的人不知道自己患有糖尿病。目前医生需采集血液样本来诊断糖尿病。但许多人无法轻易获得医疗服务,因此需要更简单的糖尿病检测方法。目前多数研究团队运用分析视网膜黄斑体病变的方式来检测糖尿病,而加州大学旧金山分校(UCSF)研究团队则利用手机健身追踪App的数据,运用光体积变化描记图技术(Photoplethysmography;PPG),分析手指血管扩张状况,开发出1种创新且免费的糖尿病检测方法。

根据Mobi HealthNews报导,糖尿病与血液流过人体血管的方式发生变化有关。当心脏推送血液时,会产生一股穿过身体的压力脉冲。周边血管会膨胀以容纳进入的血液。若将智能型手机的闪光灯和镜头放在手指旁边,就能观察到血管扩张引起的微小变化。

随著心脏的每次收缩,皮肤会反射出越来越多的光。手机镜头可检测到这种变化,从相关数据中提取有关血流的信息。

UCSF医学中心博士后研究员,该论文主要作者Robert Avram表示,光体积变化描记图技术(PPG)信号是已很容易从智能型手机和穿戴装置获取,以追踪心率的测量结果。

Avram及其同事收集了54,269名参加过加UCSF健康eHeart研究的成年人的数据。这些参与者使用Azumio Instant Heart Rate App测量其心率。该App用手机镜头和手电筒来测量用户指尖的血量变化。该研究的参与者平均年龄为45岁,7%的经诊断患有糖尿病。

将算法应用于PPG信号数据后,研究人员的模型正确辨识了72%的糖尿病患者,并在纳入身体质量指数(BMI)、年龄和性别等风险因素后,该算法的准确度提高到81%。此外,该模型正确预测了97%没有糖尿病的人。

由于该算法的准确率大致相当于医院前使用的糖尿病风险评分表,因此研究人员正在将其模型应用于两家心血管预防诊所。这项数码工具若经验证,将让患者能轻松地评估自身的糖尿病风险,从而更快地寻求适当的护理。

Avram指出,在糖尿病的早期阶段会发生某些血管变化。糖尿病可能在很长一段时间内无症状,但不良血管变化仍会无声地发生,而可能导致心血管并发症。因此研究低成本、无创的检测工具很重要。这种技术能成为在家中筛查糖尿病的低成本方法,因为具有镜头和手电筒的光学系统就能使用,而大多数人都拥有智能型手机。

该团队已展开后续研究,想研究该算法在不同人群中的表现。例如,该团队目前专注于非裔美国人和亚洲人,因其糖尿病发病率高于美国白人。他们也有兴趣了解是否可能使用这种方法确定某人是否患有早期或晚期糖尿病。