Выявление анемии и оценка уровня гемоглобина с помощью камеры смартфона

Анемия — снижение уровня гемоглобина в крови — является широко распространенной патологией, затрагивающей более четверти населения планеты. Анемия служит серьезным фактором риска заболеваемости и смертности, особенно среди уязвимых групп населения, таких как дети, пожилые и пациенты с хроническими заболеваниями. В качестве золотого стандарта диагностики анемии используется общий анализ крови, который требует венепункции, специалистов в области лабораторной диагностики, специального оборудования и химических реагентов. Как известно, при физикальном осмотре бледность конъюнктивы может быть признаком тяжелой анемии. Однако чувствительность данного субъективного метода сильно зависит от опыта клинициста. Использование неинвазивных методов для выявления анемии открывает двери для повсеместного скрининга, ранней диагностики и лечения, особенно в странах с ограниченными ресурсами, где доступ к здравоохранению ограничен.

Неинвазивная оценка концентрации гемоглобина вполне возможна ввиду его биохимической структуры. Гемоглобин является хромофором, что позволяет оценивать его уровень  с помощью спектроскопических методов. Данное свойство привело к разработке различных устройств, способных измерять уровень гемоглобина с помощью чрескожной, ретинальной и слизистой спектроскопии или фотофиксации. Конъюнктива век представляет собой кожно-слизистую поверхность с богатым кровоснабжением и минимальным количеством соединительной ткани. В дополнение к отсутствию других хромофоров, таких как билирубин, меланин, меланина, в данной анатомической области отсутствует эпидермис и подкожно-жировая клетчатка, которые могли бы препятствовать прохождению света. В рамках настоящего исследования разрабатывается неинвазивный метод измерения концентрации гемоглобина с использованием цифровых изображений конъюнктивы глазного яблока, полученных с помощью смартфона. Эта процедура не требует специфических навыков, от пользователя требуется лишь качественная фотофиксация внутренней части нижнего века глаза с минимальным количеством теней, бликов и движений. Последующие быстрые вычисления в режиме реальном времени позволяют получить числовое значение концентрации гемоглобина.

Цель данного исследования состояла в разработке cпециального алгоритма для определения концентрации гемоглобина с помощью фотофиксации конъюнктивы глаза на смартфоне.

Материалы и методы. Данное проспективное исследование с произвольной выборкой было проведено среди пациентов отделения неотложной помощи университетской клинической больницы. В рамках 1-й фазы исследования для разработки алгоритма были получены изображения конъюнктивы 142 пациентов с помощью смартфона. На каждой фотографии была выбрана область повышенного интереса, представлявшая собой конъюнктиву нижнего века. Параметры, полученные на основании изображений, были в дальнейшем использованы в пошаговом регрессионном анализе для разработки модели предполагаемого уровня гемоглобина. В рамках 2-й фазы исследования была проведена проверка построенной ранее модели на новых 202 пациентах из отделения неотложной помощи. Финальная модель, основанная на данных всех 344 пациентов, была протестирована на точность определения пороговых значений для оценки степени тяжести анемии и необходимости проведения гемотрансфузии. Уровень гемоглобина участников исследования варьировал от 4,7 до 19,6 г/дл (в среднем 12,5 г/дл).

Результаты. В рамках 1-й фазы исследования точность, чувствительность и специфичность рассчитанного алгоритмом уровня гемоглобина для оценки степени тяжести анемии составили 82.9 [79.3, 86.4], 90.7 [87.0, 94.4], и 73,3 [67,1, 79,5] соответственно. В рамках 2-й фазы точность, чувствительность и специфичность снизились до 72.6 [71.4, 73.8], 72.8 [71, 74.6], и 72,5 [70,8, 74,1], соответственно. Точность для низких (<7 г/дл) и высоких (<9 г/дл) пороговых значений для определения необходимости гемотрансфузии составила 94,4 [93,7, 95] и 86 [85, 86,9] соответственно.

Заключение. Авторами был изобретен метод оценки концентрации гемоглобина с использованием изображений конъюнктивы, полученных с помощью смартфона. Результаты исследования продемонстрировали, что оценка уровня гемоглобина этим способом может использоваться в качестве инструмента скрининга анемии и оценки пороговых значений для переливания крови. Кроме того, повышение качества изображения и вычислительные поправки могут улучшить оценку уровня гемоглобина. В перспективе необходимо создание автономного приложения на смартфоне как для обычных пользователей, так и для медицинского персонала.

Источник