格斗儿童肺炎:
打开一个医疗危机为工程挑战以挽救生命
肺炎是导致死亡的下全球五岁以下儿童的头号感染原因。根据联合国儿童基金会,肺炎夺去了88万名儿童的生命在2016年 - 其中大多数是不到两岁。肺炎治疗不是主要问题,因为现成的抗生素是非常成功的。误诊的主要挑战。
在撒哈拉以南非洲等遭受重创的地区,误诊的原因是医务人员数量有限,而诊所往往缺乏诊断工具。事实上,许多远程诊所甚至没有电脑,更不用说x光机可以确诊肺炎。
这个问题,疟疾股许多症状更复杂的肺炎,包括发烧和发冷。在由儿童肺炎最严重的地区,人口将继续与这两种疾病的斗争。尽管类似的症状,疟疾和肺炎的治疗有很大的不同。肺炎,肺部感染,用抗生素治疗,而抗疟疾药物消除病人的血液中引起疟疾的寄生虫。有了这样不同的治疗,误诊常常被证明是致命的。
诊断肺炎
当医生是可用的,在诊断肺炎的第一步是测量呼吸频率和使用听诊器也能聆听到患者肺部的告密者噼啪的声音。在乌干达,有超过两名医生为每20000人少,根据世界银行集团。(相比之下,德国具有每20,000人84点的医生。)给定低的数字,即关键的第一步是不经常可行的。
以下是肺炎听起来像:
了解该地区的这么几个医生的影响,球队最近的工程毕业生在乌干达开始着手寻找一种方法来帮助他们的社区预防肺炎死亡。他们意识到没有什么可以完全用听诊器更换合格的医生的有效性,因此他们停止寻找的挑战,因为一个医学问题,而是呼吁他们的工程和数据科学技能来处理这一问题作为一个工程问题。
布赖恩Turyabagye和奥利维亚Koburongo马凯雷雷大学在坎帕拉和Besufekad Shifferaw两个同事成立妈妈,Ope宇宙2016年意“妈妈的希望,”妈妈,Ope宇宙了其最初的灵感来自Koburongo,谁失去了她的祖母肺炎的误诊情况。当了解到误诊的问题是儿童中更为普遍,他们专注于拯救这些幼小的生命努力。
据Turyabagye,从工程的角度看这种攻击非常披露方面可解的问题。
"Research shows that pneumonia can be identified by four major vital signs: the breathing rate, temperature, the lungs’ sounds, and the oxygen saturation in the body. It also shows that if you can capture accurately three out of four of these leading signs, you’re able to accurately predict the state of pneumonia in a child.”
布赖恩Turyabagye,妈妈,Ope宇宙
转换症状数据
谈到医疗问题变成一个工程问题需要转向症状到数据。温度和呼吸率的主要生命体征相对简单的测量。量化肺部声音是一个更大的挑战。球队需要捕获来自对孩子的躯干多处肺的声音没有一个听诊器,所以他们设计了一种可穿戴医疗设备:智能夹克。该集团的妈妈,Ope宇宙智能夹克原型有五个麦克风有效作为穿戴式听诊器。
医生可以告诉了很多听恰到好处的点上病人的胸部,但遗憾的是,妈妈,Ope宇宙夹克没有发现点的奢侈品。它必须满足于一个足够好的地点。这就是外套的外形进来;麦克风被策略性地位于外壳,以便它们正确只要夹套佩戴定位在患者。但是每个患者是不同的,如果声音不够清晰医生将转移听诊器左右。从五个麦克风收集的声音数据有助于确保被记录,以弥补在录音质量给定患者的任何差异足够的声音数据。
一旦数据被收集,诊断肺炎 - 包括检测疾病的进展 - 成为一个数据的科学挑战。问题是根本的音频处理中的一个。什么是将来自一个肺炎感染的孩子穿着妈妈,Ope宇宙夹克的特点的声音?
在妈妈-Ope宇宙队编程的信号处理算法,以提供可从录音最好的诊断见解。我们的目标:确定记录肺炎的独特裂纹声音时。启发式,独具匠心的肺音包括喘息和噼啪作响。的妈妈-Ope宇宙算法,Turyabagye说,处理每个单独的五个麦克风输入以确定裂纹是否存在。
“肺的每个部分都有其自身的特点显著。因此,对于每个麦克风信号处理可以进行微调,以适应孩子的肺的特定区域肺炎信号的声音轮廓。”
布赖恩Turyabagye,妈妈,Ope宇宙
该小组收集临床资料,并与医疗专业人员的帮助下,标有健康的病人的记录,并有肺炎的已知病例。这个数据被用于创建和测试他们的信号处理算法。
帮助开发这些算法,Turyabagye发送声音文件Kirthi Devleker那相当于肺炎确诊病例MathWorks的声音文件。Devleker,在信号处理和小波技术专家说:
“我们希望退后一步,看看有什么独特的模式是在所有的信号存在。我们发现一些功能的裂纹的声音,他们是从信号处理的角度非常一致。”
Kirthi Devleker, MathWorks
Turyabagye和Devleker分析,并用信号处理和小波技术探讨了信号在MATLAB。他们发现鲜明的特点是,通过使用机器学习的,可以帮助诊断。
“一旦你确定并提取特征并使用机器学习算法配对,你做分类的工作很容易。的数据可以被用于训练机器学习算法,该算法可以预测的情况下肺炎是存在“。
Kirthi Devleker, MathWorks
该护套被设计为在远程诊所和学校中使用。没有医疗人员或计算机的位置,甚至可以使用夹套迅速诊断。护套经由遵循蓝牙的移动电话应用程序,它记录和分析收集的数据。然后,将结果发送到一个医疗专业,所以他或她可以作出明智的诊断,而不需要亲自检查了孩子。
下一步
Turyabagye说,他们的智能夹克原型只需要一个孩子穿三分钟左右,因此,即使是在诊所或学校里的一件宽松的夹克,也可以在医生无法找到的地方做出许多快速准确的诊断。
随着工作原型完整,妈妈,Ope宇宙的下一个挑战是要明确在乌干达,Turyabagye表示,该公司将首先推出其技术监管方面的障碍。除了乌干达,公司计划扩大其部署至邻近国家,包括肯尼亚,坦桑尼亚,埃塞俄比亚和尼日利亚。
他说,联合国儿童基金会已经表示在帮助妈妈,Ope宇宙带来了技术,学校,医院,以及在该地区诊所的兴趣。那么或许联合国儿童基金会,也有一天会报告儿童肺炎死亡病例与智能外套的帮助和Ope宇宙相当数量的减少。