ابزارهای پوشیدنی برای کمک به بیماران مبتلا به کرونا

تکنولوژی ابزارهای پوشیدنی، نقش مهمی در زندگی روزمره ما و هم چنین در صنعت بهداشت و درمان ایفا می کند. همه گیری اخیر ویروس کرونا، نظام های بهداشت و درمان را در سرتاسر جهان غافلگیر کرد. هرچند کارآزمایی واکسن های احتمالی در حال انجام شدن است، اما زمان زیادی می برد تا این واکسن ها مجوز مصرف عمومی را پیدا کنند. اکثر اقدامات حکومتی در حال حاضر بر پیشگیری از شیوع ویروس کرونا و پیش بینی مناطق قرمز احتمالی متمرکز شده است. کادر درمان و صاحبان مشاغل ضروری، آسیب پذیرترین گروه محسوب می شوند چون شغلشان اقتضا می کند به بیماران احتمالاً کرونایی نزدیک باشند. فن آوری پوشیدنی می تواند با فراهم کردن امکان نظارت از راه دور در زمان واقعی، پیش بینی علائم، ردگیری تماس ها، و امثالهم از این لحاظ مؤثر واقع شود. هدف این مقاله، بررسی دستگاه های پوشیدنی موجود (جهت کنترل سرعت تنفس، ضربان قلب، دمای بدن و سطح اکسیژن) و سیستم های تنفس مصنوعی (هوارسان/ونتیلاتورها، دستگاه های CPAP/فشار مداوم جریان هوای مثبت[1]، و اکسیژن درمانی) است که معمولاٌ برای کمک به بیماران کرونایی به کار می روند. این دستگاه ها بر اساس خدماتشان، روند کاری و هم چنین تحلیل مقایسه ای محاسن و معایبشان با توجه به هزینه ای که دارند، شرح داده خواهند شد. یک بررسی مقایسه ای با روش های احتمالی در آینده هم انجام می شود تا بهترین فن آوری برای بیماران کرونایی انتخاب شود. تصور می شود فن آوری پوشیدنی، تنها قادر به فراهم ساختن درمان اولیه ای است که می تواند شیوع این همه گیری را کاهش دهد.

از زمان تشخیص ویروس جدید کرونا به نام SARS-CoV-2 (کووید-19)، کلّ دنیا وارد موقعیتی بسیار بحرانی و غیرمنتظره شده است. بعد از گزارش های رسمی اولیه در دسامبر 2019 مبنی بر التهاب ریه به دلیلی نامعلوم، بیماری به سرعت در سرتاسر جهان پخش شد. سازمان بهداشت جهانی (WHO) ماه ژانویه وضعیت بهداشتی اضطراری عمومی، و مارس همان سال، این وضعیت را همه گیری اعلام کرد. حالا این بیماری در 216 کشور و 2 منطقه بین المللی جهان منتشر شده، و بیش از 25.90 میلیون مورد ابتلا و 0.86 میلیون مرگ تأیید شده (تا 2 سپتامبر 2020) را در پی داشته است. تعداد موارد ابتلا و مرگ بر اثر ویروس کرونا، به سرعت رو به افزایش است.

کووید-19 به اشکال مختلفی بر افراد تأثیر می گذارد. یک یا چند علامت ممکن است در فرد مبتلا دیده شود مثل تب، سرفه خشک، ضعف، سردرد، از دست دادن حسّ چشایی یا بویایی، اسهال، بدن درد، بثورات جلدی، ورم ملتحمه و غیره. البته مواردی از بیمارانی که هیچ علامتی نداشته اند هم گزارش شده است. علاوه بر این، 5 الی 6 روز یا حتی  14 روز پس از ابتلا به این ویروس، زمان می برد تا علائم بیماری خود را نشان دهند. این مسئله، انتشار ویروس را راحت تر می کند. جوانان سالم، با بیماری تنفسی خفیف تا متوسط مواجه می شوند و بدون هیچ درمان جدی بهبود می یابند. برعکس، سالمندانی که قبلاً با برخی بیماری های پیچیده ی دیگر مثل نارسایی قلبی یا بیماری های عروقی، دیابت، سرطان، نارسایی کبدی و امثالهم درگیر بوده اند، خیلی شدیدتر مبتلا می شوند.

تعداد افراد مبتلا در سرتاسر جهان به شکل تصاعدی در حال افزایش است. نظام های بهداشت و درمان عمومی قادر به مقابله با تعداد فزاینده ی بیماران نیستند. بیمارستان ها به خاطر تعداد فراوان بیماران، به سرعت پر شده اند و ونتیلاتور، تجهیزات محافظتی شخصی[2]، کپسول اکسیژن و غیره به تعداد کافی وجود ندارد. از آنجا که بیمارستان ها قادر به پذیرش این حجم از بیماران نیستند، برخی از بیماران باید کف زمین روی تشک بخوابند. بیمارستان ها به خاطر هجوم دائمی بیماران مبتلا کرونایی، به یکی از ناقلان اصلی ویروس کرونا تبدیل شده اند. کادر درمان، جراحان، پرسنل مدیریت بیمارستان، با بیشترین احتمال ابتلا مواجهند. درنتیجه، متخصصان سلامت عمومی، بر خلاف شرایط عادی که مراجعه به بیمارستان را توصیه می کنند، در حال حاضر ماندن در خانه و دریافت درمان از همانجا را تجویز می نمایند. نباید افراد را فوراً قبل از بروز علائم جدی مثل تنگی نفس، احساس درد یا فشار در قفسه سینه، کبودی لب ها یا صورت، ناتوانی در تکلم و غیره، بستری کرد.

همه گیری جهانی نیازمند یک واکنش جهانی است. پژوهشگران، پزشکان، و مهندسان نهایت تلاش خود را وقف توقف کامل یا کاهش خطر این همه گیری کرده اند. تا وقتی که واکسن ویروس جدید کرونا تحت کارآزمایی قرار دارد، باید همه ی تلاش ها بر جلوگیری از شیوع این ویروس متمرکز شود. در عصر حاضر که عصر هوش مصنوعی (AI) است، فن آوری های جدید می توانند نقشی حیاتی در کمک به جهان در مقابله با همه گیری ایفا کنند. فن آوری پوشیدنی که بتواند طیف گسترده ای از داده ها مثل داده های ضربان قلب، فشار خون، دمای بدن، ECG، صدای ریه، سطح اکسیژن خون[3] (SpO2) و غیره را جمع آوری نماید، می تواند تا حدّ زیادی به جلوگیری از گسترش ویروس کرونا کمک کند. نظام بهداشت و درمان با فن آوری پوشیدنی، امکان نظارت بر وضعیت بیماران قطعی یا احتمالی، ارزیابی خطر، و پیش بینی وضعیت آینده از راه دور را برای کادر پزشکی فراهم می سازد. در طول دوران قرنطینه یا خود-درمانی، شخص/بیمار می تواند به کمک فن آوری پوشیدنی کاملاً تحت نظر یک پزشک قرار بگیرد. بدین ترتیب فرصتی هم برای درمان از راه دور فراهم می شود و کادر درمان نیز کمتر در معرض خطر ابتلا قرار می گیرند. علاوه بر این، مطالعه ای در ارتباط با سرایت ویروس کرونا در میان کادر پرستاری حرفه ای نشان داد که میزان تقریبی سرایت، 56% بوده، و 90% آنها بعداً علائم را نشان دادند. از همین سناریو به وضوح دیده می شود که روش غربالگری علامت-محور احتمالاً از شناسایی بیش از 50% از افراد مبتلا به کووید-19 باز می ماند. پایش مداوم داده های به دست آمده از فن آوری پوشیدنی می تواند بر این چالش ها غلبه کند.

فناوری پوشیدنی را باید به این دلایل تقویت کرد

  1. برای نظارت بر وضعیت سلامت بیماران کرونایی از راه دور یا افرادی که خودشان را قرنطینه کرده اند و در یک اتاق خصوصی درمان را دریافت می کنند.
  2. پیش بینی خطر ابتلای افراد ساکن در مناطق قرمز کرونایی. غربالگری زودهنگام به کاهش چشم گیر میزان ابتلا کمک خواهد کرد.
  3. کاهش میزان سرایت کووید 19 در بین کادر درمان، مراقبین، و پرسنل مدیریت بیمارستان و بیماران مبتلا به بیماری های دیگر، چون فن آوری پوشیدنی به کادر درمان امکان بررسی وضعیت بیماران در زمان واقعی را می دهد.
  4. تضمین خدمات رسانی از راه دور و فن آوری های اینترنت اشیای پزشکی[4] (IoMT) جهت مقابله با کووید-19 چون بدون داشتن اطلاعات بیمار که از فن آوری پوشیدنی حاصل می شود، سیستم پزشکی از راه دور، یا اینترنت اشیای پزشکی یا هر سیستم پزشکی دیگری نمی تواند عملکرد مؤثری داشته باشد.

دستگاه های پوشیدنی پشتیبان برای بیماران کرونا

سیستم های پوشیدنی یادشده برای کمک به بیماران مبتلا به ویروس کرونا  را می توان در دو دسته ی عمده تقسیم کرد: سیستم های کنترل علائم اساسی کووید-19 و سیستم های تنفس مصنوعی برای کووید-19. سیستم های کنترل علائم اصلی، با کنترل شاخصه های سلامت مثل سرعت تنفس[5] (PR)، دمای بدن، ضربان قلب، سطح اکسیژن خون (SpO2) و غیره، بیماران کرونایی احتمالی را مشاهده و شناسایی می کنند، اما سیستم های تنفس  مصنوعی مثل ونتیلاتورها، سیستم های CPAP، اکسیژن-درمانی و غیره به بیماران کرونایی در فرآیند بهبودی کمک می نمایند.

منظور از اصطلاح فناوری پوشیدنی، دستگاه های الکترونیک هوشمندی است که برای سنجش، ارزیابی، و انتقال انواع مختلفی از داده ها بر روی بدن قرار می گیرند. این داده ها می توانند، مثلاً، انواع مختلفی از سیگنال های مربوط به بدن و فعالیت بدنی باشند. فن آوری پوشیدنی نقش مهمی در شناسایی علائم کووید-19 ایفا نموده و به بیماران مبتلا به این ویروس جدید کمک می کند. سه علامت را به عنوان علائم اصلی ابتلا به ویروس کرونا در نظر می گیرند: (1) ناراحتی/ مشکل تنفسی (2) تب و (3) سرفه که در میان تمام تظاهرات بالینی کووید-19 در جهان مشترکند. عموماً سرعت تنفس فرد مبتلا به این ویروس ≥ 20 تنفس بر دقیقه (bpm)، دمای بدنش ≥ 38 درجه سانتیگراد، (4) ضربان قلب عموماً > 100 تپش بر دقیقه است. بنابراین، سنجش تنفس، کنترل عروق قلبی، و ارزیابی دیگر شاخصه ها مثل دمای بدن و سطح اکسیژن خون (SpO2) بسیار حیاتی است. سنجش، کنترل، و ارزیابی شاخصه های ضروری، با استفاده از حسگرهای پوشیدنی،  به نحوی ساده، مؤثر و مقرون به صرفه انجام می شود. سیستم هایی که برای کنترل علائم اصلی مبتلایان به کووید-19 توسعه یافته اند، از این قرارند:

کنترل سرعت تنفس

سرعت تنفس برای ارزیابی تنفس، یکی از مهم ترین شاخصه های تشخیص ابتلا به کووید-19 است چون این ویروس تأثیر شدیدی بر حجم ریه ها می گذارد. در کووید-19، عفونت دستگاه تنفس تحتانی مشاهده می شود که موجب اختلال در بافت ریه، کوتاهی تنفس، و سرفه می گردد. سرعت تنفس بیمار مبتلا به مشکلات جدی تنفسی ≥ 30 تنفس/ دقیقه است که می تواند به سندرم دیسترس تنفسی حاد[6] (ARDS) منجر شود. ارزیابی مداوم سرعت تنفس در زمان واقعی، برای کنترل بیماری فعلی، پیشرفت آن، و درمان بیماران مبتلا به کووید-19 بسیار مهم است. گروهی از پژوهشگران تا کنون انواع دستگاه های پوشیدنی را عرضه کرده اند که روی سینه سوار شده یا روی پوست قرار می گیرد تا سرعت تنفس را اندازه گیری نموده و نتایج رضایت بخشی ارائه دهند. اما شاید بیماران با پوشیدن این نوع نوارها راحت نباشند. می توان با کنترل تغییرات رخ داده در دما، رطوبت، و دی اکسید کربن بدن، با استفاده از دستگاه های پوشیدنی، سرعت تنفس را ارزیابی کرد. پژوهشگران با استفاده از روش حسگر-جریان هوا، دستگاه های پوشیدنی بسیاری عرضه کرده اند که به کمک ترمیستور/حرارت سنج تودماغی یا غیر دماغی، حسگر رطوبت و حسگر دی اکسید کربن، تغییرات دما/رطوبت/دی اکسید کربن را بین هوای دم و بازدم تشخیص می دهند. مثلاً، لیو و همکارانش یک حسگر رطوبت پلی الکترولیت عرضه کرده اند، نوع خاصی از حسگر رطوبت که می توان آن را به ماسک صورت که در ایام همه گیری کووید-19 بسیار استفاده می شود، وصل کرد. اما شاید این سیستم برای بیماران مناسب نباشد و تکان خوردن حسگر بر دقت آن تأثیر بگذارد.

سرعت تنفس را با نوار قلب (ECG) و فوتوپلتیسموگرام/ تغییر حجم سنجی نور[7] (PPG) هم می توان اندازه گرفت که با دستگاه های پوشیدنی هم به راحتی قابل دریافت است. چارلتون و همکارانش سیستمی برای برآورد کردن سرعت تنفس از روی نوار قلب و فوتوپلتیسموگرام ارائه داده اند که دقت تخمین را افزایش داده اند. مزیت این سیستم این است که می توان آن را در دستگاه های پوشیدنی تجاری گنجاند و درنتیجه عملکرد کنترل سرعت تنفس را به سیسستم های موجود افزود. بنابراین، این فن آوری برای بیماران کووید-19 بسیار کارآمد خواهد بود تا سرعت تنفس خود را در این شرایط همه گیری کنونی کنترل نمایند.

کنترل ضربان قلب

کووید-19 می تواند تأثیر چشم گیری بر عملکرد قلب گذاشته و به نارسایی قلبی/میوکارد منجر شود که آسیب جبران ناپذیری به سیستم قلبی-عروقی وارد خواهد کرد. بیماری های ویروسی ناشی از کووید-19 فشارهای فیزیولوژیکی بر بدن را افزایش می دهد و این معمولاً به شکل افزایش کلی ضربان قلب خود را نشان می دهد. دستگاه های پوشیدنی برای کنترل ضربان قلب بیماران کووید-19 استفاده می شوند چراکه بسیار راحت و مقرون به صرفه هستند.

کای[8] و همکارانش یک دستگاه پوشیدنی مبتنی بر حسگر حساس به فشار[9] برای کنترل ضربان قلب ارائه کرده اند. این دستگاه ضربان قلب را در زمان واقعی کنترل می کند. بسیار مقرون به صرفه، کوچک، و دقیق است. از این دستگاه می توان علاوه بر دیگر کاربردهای بالینی برای بیماران کووید-19 هم استفاده کرد. شهشهانی و همکارانش یک دستگاه پوشیدنی مبتنی بر حسگر فراصوت برای کنترل ضربان قلب ساخته اند. اما حسگر فشار دستگاه برای دستیابی به دقت بهتر باید به صورت عمودی بر قلب قرار بگیرد. این دستگاه علاوه بر سیگنال های ECG که به مراقبت از بیماران کووید-19 کمک شایانی می کند، ضربان قلب را هم در زمان واقعی کنترل می نماید. تامیلسِلوی[10] و همکارانش سیستمی برای کنترل سلامتی عرضه کردند که می تواند شاخصه های اصلی بیمار مثل دمای بدن، ضربان قلب، حرکت چشم، و درصد اشباع اکسیژن را کنترل کند. به همین منظور، این سیستم حسگرهای ضربان قلب، SpO2، دما، و پلک زدن را برای جمع آوری داده ها، با یک دستگاه پردازشگر Arduino-UNO[11] ادغام کرده است. از آنجا که این سیستم مبتنی بر اینترنت اشیا است، پزشکان می توانند بیماران کووید-19 را از راه دور رصد کنند. بانرجی و همکارانش براساس سیستم تشخیص ضربان قلب، یک روش غیرتهاجمی عرضه کردند. این سیستم فرآیند پلتیسموگرافی را  اعمال کرده و دائماً نتایج را در یک دستگاه پایشی در زمان واقعی به صورت دیجیتال نمایش می دهد. این دستگاه یک سیستم کنترل ضربان قلب قابل اعتماد برای بیماران کووید-19 محسوب می شود، چرا که از دیگر دستگاه های مبتنی بر روش های غیرتهاجمی هم عصر خود بهتر است.

کنترل دما

اندازه گیری دما، به خصوص برای تشخیص کووید-19 ضروری است و بسیاری از کشورها از آن به عنوان یک آزمایش فوری جهت تشخیص مسافران یا شهروندان کرونایی بهره می برند. هرچند قرنطینه کردن افراد تب دار می تواند تا حدی از شیوع بیماری جلوگیری کند، اما این روش برای کنترل دمای بدن کافی نیست چون کووید-19 ممکن است قبل از شروع تب، سرایت پیدا کند. از این لحاظ کنترل دائمی دمای پوست که در حال حاضر در برخی بیمارستان ها به کار می رود، رویکرد مناسبی خواهد بود. دستگاه های پوشیدنی هم از این جهت، راهکار مؤثری به نظر می رسند. بسیاری از پژوهشگران تا کنون، برای کنترل مداوم دمای بدن دستگاه های پوشیدنی را پیشنهاد داده اند که از آنها می توان برای بیماران کرونایی هم استفاده کرد.

سانگ و همکارانش یک سیستم پوشیدنی مبتنی بر شبکه های عصبی مصنوعی ارائه داده اند که دمای بدن را بسیار دقیق و با زمان واکنش کوتاه تر رصد می کند. لیو و همکارانش هم یک دستگاه پوشیدنی در قالب یک سیستم کنترل فیزیولوژیک عرضه کرده اند که دمای بدن، ECG، قند خون، فشار خون، و برخی از دیگر شاخصه های فیزیولوژیک را کنترل می کند. این دستگاه ابعاد بسیار کوچکی دارد، استفاده از آن راحت است، و به طور ویژه برای مصرف خانگی توسعه یافته است که می توان از آن برای بیماران کرونایی استفاده کرد. در طول دوران همه گیری، کودکان هم ممکن است مبتلا به کرونا شوند. ذکریا و همکارانش یک دستگاه کنترل دمای بدن مخصوص برای کودکان تولید کرده اند که مبتنی بر اینترنت اشیا است. این دستگاهِ بسیار کوچک و سبک، دانماً دمای بدن را رصد کرده و به راحتی روی بدن استفاده می شود. Health Companion وسیله ی دیگری مبتنی بر اینترنت اشیاست که از رایانش پوشیدنی استفاده می کند، توسط کولکارنی و همکارانش ارائه شده و دما و ضربان قلب را کنترل می کند. این دستگاه قصد دارد شاخصه های مختلف بدن انسان را اندازه گیری و جمع آوری نماید، به کاربران کمک کند تا بر وضعیت جسمانی خود نظارت داشته باشند، و کار پزشکان را در بررسی دقیق امراض بیماران تسهیل کند. از این دستگاه می توان برای پیگیری درجه تب در طول دوران بیماری استفاده کرد. دستگاه یادشده تغییرات فاحش در دمای بدن یا تب بالا را هم علاوه بر کادر درمان، به کاربران هشدار می دهد.

کنترل سطح اکسیژن (SpO2)

نارسایی تنفسی مریض را می توان با اندازه گیری سطح اشباع اکسیژن خونش (SpO2) ارزیابی کرد. یعنی درصد هموگلبین اشباع شده با اکسیژن را اندازه گرفت که نشان دهنده ی وضعیت جسمانی عمومی بدن انسان است. سطح اکسیژن یک انسان سالم معمولی بین 95 تا 100% است. اگر کسی دچار اختلال تنفسی یا هر مسئله ی دیگری باشد، این درصد کاهش می یابد. این SpO2 عامل بسیار مهمی برای کنترل پیشرفت و حاد بودن بیماری در بیماران کرونایی است. به علاوه، سطح اکسیژن در حال استراحت، در بیمارانی که در مرحله ی شدیدی از بیماری به سر می برند، به شدت پایین است.

ژو[12] و همکارانش یک دستگاه پوشیدنی ساخته اند که دائماً سطح اکسیژن و دمای بدن را در زمان واقعی کنترل می کند. این دستگاه را می توان برای بیماران کرونایی مورد استفاده قرار داد چون مصرف برق بسیار پایین، و طراحی جمع و جوری دارد. یک دستگاه پوشیدنی برای برآورد کردن تغییرات ضربان قلب[13] (HRV) و سطح اکسیژن، از طرف جارکی[14] و همکارانش ارائه شده که از یک اکسیمتر ضربانی به شکل مچ بند، جهت دریافت نتایج دقیق استفاده می کند. سون و همکارانش، یک دستگاه پوشیدنی برای سنجش سطح اکسیژن و کنترل آن در زمان واقعی ساختند که براساس بازتاب نور کار می کرد. این دستگاه دارای ابعادی کوچک، مقیاس های دردسترس، ردیابی مکانی، و پشتیبانی IoT (اینترنت اشیا) است. پزشکان با استفاده از این دستگاه می توانند سطح اکسیژن بیماران کرونایی را از راه دور کنترل کنند. رستمی و همکارانش به منظور اندازه گیری سطح اکسیژن بیماران مبتلا به آپنه­ی خواب انسدادی (OSA)، یک سیستم پزشکی از راه دور عرضه کردند که امکان کنترل سطح اکسیژن خون را در زمان واقعی برای تشخیص اپیزودهای آپنه در بیماران مبتلا به OSA فراهم ساخته و آنها را در پیگیری وضعیت سلامتیشان یاری می دهد. این سیستم پزشکی از راه دور می تواند برای کنترل سطح اکسیژن بیماران کرونایی از راه دور هم بسیار مفید باشد. علاوه بر این می توان از Oxitone 1000 M بدین منظور استفاده کرد که نخستین مانیتور پالس اکسیمتری حسگر مچی است که مورد تأیید FDA (سازمان غذا و داروی آمریکا) قرار گرفته است. میزان خطای اندازه گیری سطح اکسیژن این دستگاه، حدود 3% است و می توان آن را در قسمت های مختلف بدن مثلاً روی سر یا ناحیه ی سینه هم قرار داد.

سیستم های تنفس مصنوعی

سیستم های زیادی برای تنفس مصنوعی وجود دارد که برای کمک به بیماران کرونایی در فرآیند بهبودی به کار می روند. سیستم هایی که براساس فن آوری پوشیدنی جهت کمک به بیماران کرونایی توسعه یافته اند، از این قرارند:

ونتیلاتورهای تنفس مصنوعی

دستگاه تنفس مصنوعی فشار مثبت منبع باز (OSPPVD[15]) در پاسخ به کمبود ظرفیت تنفس مصنوعی در بیمارستان ها برای بیماران کرونایی تهیه شد. سیستم تنفس مصنوعی این دستگاه، به جای بازتولید فن آوری های موجود، مطابق با توصیفات و مشاهدات متخصصان از ابتلا به کووید-19 طراحی شده است. اکثر سیستم های تنفس مصنوعی برای بیماران کرونایی، بسیار گران هستند. بنابراین، در مطالعه­ی [54[16]]، در واکنش به گرانی سیستم های مذکور، طراحی تحقیقات اولیه به منظور تولید ونتیلاتور ساده، نوین، و قابل حمل برای بیماران کرونایی انجام شد. این ونتیلاتور مطابق با استانداردهای پزشکی مناسب مثل IEC 62304، ISO 5367، و ISO 80601 توسعه یافته، و کنترل سرعت دم/بازدمِ بیماران کرونایی را از طریق یک صفحه  نمایش LCD تسهیل می کند.

دستگاه های تنفس مصنوعی CPAP (فشار هوای مثبت مداوم[17])

دستورالعمل های مدیریت بیماران کرونایی مبتلا به نارسایی تنفسی، استفاده از فشار هوای مثبت مداوم (CPAP) و سیستم های کمکی تنفس مصنوعی غیر-تهاجمی[18] (NIV) است، در کنار این ها باید از تجهیزات محافظت شخصی مناسب هم استفاده کرد. دستگاه های CPAP و NIV از قابلیت به حداقل رساندن خطر سرایت ویروس کرونا از راه هوا برخوردارند. براساس مقاله­ی [55[19]]، CPAP سطح ثابتی از فشار هوای مثبت را به واسطه ی چرخه ی تنفس کامل اِعمال می کند. شرکت «فرمول یک» در همکاری با مهندسان مکانیک از کالج دانشگاهی لندن و پزشکان بیمارستان کالج لندن، برای بیماران کرونایی سیستم های تنفس مصنوعی CPAP تولید کرده اند که به سادگی می توان آن را بازتولید کرد. این سیستم مورد تأیید پزشکان و نهاد تنظیم مقررات محصولات بهداشتی قرار گرفته و در ایتالیا و چین کاربرد گسترده ای پیدا کرده است. این سیستم بسیار مؤثر است، و علاوه بر کمتر تهاجمی بودن، نیازی به کادر درمان یا کنترل شدید ندارد چون بیماران می توانند از دستگاه جدا شده و در صورت لزوم مجدداً به آن وصل شود. نیشکانتا[20] و همکارانش استفاده از دستگاهی کلاه-مانند برای CPAP و ونتیلاتور فشاری[21] (PSV) را پیشنهاد داده اند که سیستم های تنفس مصنوعی برای محدود کردن انتشار ویروس به واسطه ی هوای محیط هم محسوب می شوند. این کلاه،‌ یک رابط کاربری چندبار مصرف است که از روپوشی پلاستیکی بر روی یک حلقه ی پلاستیکی محکم تشکیل شده و روی یک یقه ی نرم سیلیکونی از جنس پلی ونیل کلوراید سوار می شود. این یقه چند سایز دارد تا بتوان آن را با اندازه ی گردن بیماران مختلف تنظیم کرد. سیستم تنفس مصنوعی دیگری براساس فشار هوای مثبت مداوم (ACPAP) برای کووید-19 عرضه شده که برای بیماران کرونایی از یک مخزن ذخیره ی اکسیژن به منظور تنفس مصنوعی خودکار، به شکل دستی بهره می گیرد، و ارزش آن در فراهم ساختن امکان تنفس های عمیق تر اثبات شده است. سیستم کمک تنفسی ACPAP به دست مهندسان بخش نوآوری بیمارستان سن خوان دِ دیوی اسپانیا[22] توسعه یافته و توسط پژوهشگرانی پشتیبانی می شود که یک سیستم تنفس مصنوعی CPAP با دریچه ی فشار مثبت انتهای بازدم[23](PEEP) و یک کانکتور Venturi ساخته اند که به یک لوله رابط تنفسی برای صورت وصل می شود. این سیستم یک رابط قدامی جایگزین دارد که انتشار قطرات ریز را کم کرده و خطر مبتلا شدن کادر درمان را کاهش می دهد.

اکسیژن درمانی برای تنفس

کانولا/لوله ی بینی با فشار بالا[24] (HFNC) یکی از سیستم های تنفس مصنوعی برای کمک به بیماران کرونایی است. پس از درمان با سیستم تنفس مصنوعی HFNC، بیماران کرونایی به نحو موفقیت آمیزی از واحد مراقبت های ویژه ی  (ICU) فشار منفی جدا شدند. سیستم تنفس مصنوعی HFNC به بیماران کرونایی اجازه می دهد که سه بار در روز به وضعیت درازکش در بیایند، بنابراین مانوری است که بیماران را در بهبود اکسیژن رسانی یاری می کند. به منظور کنترل نارسایی حادّ هیپوکسمیک[25] ناشی از کووید-19، از تنفس مصنوعی غیرتهاجمی[26] (NIV) و تنفس مصنوعی اکسیژن رسانی از بینی با فشار بالا[27] (HFO) استفاده شده است.

چه چالش هایی در به کارگیری این فناوری ها وجود دارد؟

شدت و سرعت تصاعدی و بی نظیر شیوع همه گیری کووید-19 بین انسان ها، واقعاً سیستم های بهداشت و درمان مدرن را در سرتاسر جهان غافلگیر کرده است. این همه گیری،‌ نبوغ، اهمیت، تاب آوری، و فداکاری کادر درمان را در کلّ دنیا به نمایش گذاشته است. متأسفانه، کادر درمان نسبت به هر کس دیگری بیشتر در معرض خطر ابتلا به ویروس کرونا قرار دارند و یکی از بالاترین آمار مرگ و میر را به خود اختصاص داده اند. حالا بیشتر از هر زمان دیگری در نبرد با ویروس کرونا، به کمک مشترک فن آوری های پوشیدنی، سیستم های پزشکی از راه دور، سیستم های پزشکی رباتی، سیستم های تشخیصی و کنترلی هوش مصنوعی نیاز داریم.

سیستم های کنترل علائم پوشیدنی می توانند با شناسایی ابتلاهای فردی و مناطق جغرافیایی آلوده، به کاهش شیوع ویروس کرونا کمک می کنند. آنها می توانند به عنوان یک لایه ی حفاظتی فوری بین کادر درمان و بیماران مبتلا هم عمل کنند. از آنجا که این روزها، گوشی های هوشمند و ساعت های هوشمند بسیار رایجند، می توان از آنها به عنوان هم حسگر و هم درگاه اینترنت اشیا در جهت نظارت بر سلامت مردم استفاده کرد. به خصوص می توان از ساعت هوشمند یا دستگاه مچی مبتنی بر کنترل سطح اکسیژن و سیستم های کنترل ضربان قلب به عنوان سیستم های هشداردهنده اولیه برای موارد ابتلا به ویروس کرونا در یک جامعه استفاده نمود. چنین سیستم هایی به خاطر در دسترس بودن و فقدان تغییرات سخت افزاری اضافه، برای مصرف گسترده مناسب تر خواهند بود. درست است که سیستم های کنترل دما برای تشخیص زودهنگام موارد ابتلا به ویروس کرونا بسیار مفیدند اما اثرگذاری آنها را می توان با هم گام سازیشان با دیگر سیستم های کنترلی مثل سیستم های کنترل سرعت تنفس، سیستم های کنترل ضربان قلب، سیستم های کنترل سطح اکسیژن و امثالهم افزایش داد.

ادغام کردن تمام سیستم های کنترل نشانه های بیماری در یک سیستم ترکیبی، به خاطر تنوع زیاد فن آوری حسگر و سخت افزارهای مورد نیاز آن بسیار دشوار است. از این رو، می بایست با افزایش دادن میزان حساسیتِ تشخیص زودهنگام بیماران مبتلا به کووید-19 در سطح گسترده، تلاش بیشتری صرف توسعه سیستم های کنترل علائم شود. شایان ذکر است که اکثر سیستم های مهم تشخیص پزشکی، فرآیند تأیید آزمایش دو-مرحله ای را به کار می گیرند. آزمون اول، حساسیت را به حداکثر می رساند، در  حالی که دومی دقت را به حداکثر می رساند تا بیماران واقعی را شناسایی کند. سیستم های کنترل علائم را می توان به چنین روش هایی نیز ترکیب کرد تا همه ی بیماران کرونایی احتمالی شناسایی شوند.

سیستم های تنفس مصنوعی کاربرد زیادی برای بیماران کرونایی دارند. اما به نسبت گران قیمت هستند، کادر درمان را در خطر ابتلا قرار می دهند و بعضی از آنها مثل تنفس مصنوعی NIV، HFO، و CPAP کاربرپسند نیستند. این دستگاه ها بدون تجهیزات محافظت شخصی مناسب و درخور، خطر سرایت ویروس از بیماران کرونایی از راه هوا را افزایش می دهند. سیستم های تنفس مصنوعی مثل OSPPV هم در دسترس قرار دارند که گران نیستند و در پاسخ به کمبود ظرفیت تنفس مصنوعی در اکثر بیمارستان های جهان به خصوص در جوامع در حال توسعه تولید شده اند. به علاوه، چند تحقیق اولیه مثل کار [54]، به منظور ساخت ونتیلاتورهای ساده، نوین، و قابل حمل برای بیماران کرونایی انجام شده است. سیستم های تنفس مصنوعی مثل CPAP کمتر تهاجمی بوده و نیازی به مراقبت شدید از کادر درمان ندارند. این سیستم ها براساس نیاز کار می کنند و می توان به راحتی بیمار را حین بهبودی از دستگاه جدا، و در صورت نیاز دوباره او را به دستگاه وصل کرد. به علت تنگناهای مختلف هزینه ای و تولیدی، ونتیلاتورها بیش از پیش مورد نیاز هستند. تولید چنین سیستم هایی به خاطر تعداد محدود کارگران کارخانه ها در دوران همه گیری، با تنگناهای بیشتری هم مواجه شده است. از این رو، می بایست تحقیقات نه تنها بر تولید جایگزین های ارزان قیمت برای ونتیلاتورها، بلکه بر روی سیستم های تولیدی متمرکز شوند که امکان گسترش سریع تر آنها وجود دارد.

سیستم های پزشکی از راه دور، اینترنت اشیا، و اینترنت اشیای پزشکی[28]می توانند نقشی حیاتی در به حداقل رساندن خطر ابتلای کادر درمان ایفا کنند چرا که نیازی به نزدیک شدن به بیماران ندارند. با این وجود، باید قبل از استفاده از این سیستم ها با ظرفیت کاملشان، به مسائل مهمی مثل حرکات ناخواسته (motion artifact)، مصرف برق، و نیاز به پردازش در زمان واقعی پرداخت. توسعه ی سیستم های کنترل از راه دور پوشیدنی مثل این، اجرای راهکارهای مقرون به صرفه و به موقع بهداشتی را هم تسهیل خواهد کرد، راهکارهایی که مجموعاً کلّ فرآیند مدیریت بیماران کرونایی را در بر می گیرند، از سیستم های هشدار اولیه تا پیشگیری، تشخیص، درمان، و توان بخشی.

در آینده، می توان تحقیقات را بر توسعه دادن راهکارهای انعطاف پذیر و بسط یافتنی برای دوره های طولانی مصرف و کنترل مداوم متمرکز کرد. پارچه های هوشمندی را هم باید تولید کرد که بتوانند با استفاده از حسگرهای پوشیدنی به کنترل همه ی علائم حیاتی مربوط به ویروس کرونا کمک کنند. همه گیری بر سلامت روانی جامعه هم تأثیر می گذارد. بنابراین می توان قابلیت آگاهی از هیجانات را هم در راهکارهای اینترنت اشیای پزشکی گنجاند تا امکان مراقبت از سلامت روانی بیماران هم فراهم شود و در صورت نیاز، کمک های شخصی لازم تأمین گردد.

حجم عظیم داده های به دست آمده از حسگرهای پوشیدنی را می توان در صورت هم گام سازی مرکزی، بیشتر مورد استفاده قرار داد. هم گام سازی داده های متمرکزشده و تجزیه و تحلیل آنها، نقش مهمی در شناسایی سریع مناطق آلوده و کمک به کاهش شیوع بیماری ایفا می کند. از این داده ها می توان در جهت ارائه ی راهکارهای کارآمد هوش مصنوعی استفاده کرد که شیوع ها، جهش ها، و موج های احتمالی را پیش بینی می کنند. بااین وجود بزرگترین مانع بر سر راه توسعه ی سیستم هایی از این دست، مسائل مربوط به حریم خصوصی، به اشتراک گذاری داده ها، و سوء استفاده از اطلاعات است. این مشکل با وجود پروتکل های پیچیده ی ارتباطی، حملات مخرب، و زیرساخت های قدیمی وخیم تر می شود. استفاده ی اخلاقی و مسئولانه از این نوع داده های حساس، برخی از نگرانی های مربوط به راهکارهای نظارت جمعی مثل برنامه های ردیابی تماس [با فرد مبتلا] را رفع خواهد کرد.

علاوه بر این، داغ اجتماعی سنگینی بر پیشانی بیماران کرونایی یا افرادی خورده که مشکوک به ابتلا هستند. می توان در آینده برای افزایش آگاهی عمومی نسبت به این مسائل، پویش های رسانه ی جمعی ترتیب داد. تحقیقات بیشتری هم باید با تمرکز بر ایجاد سیستم های بیمار-محور انجام شود. می بایست سیستم های پیشرفته را روی شاخصه هایی مثل رضایت کاربر، نتیجه ی درمان بیمار و غیره امتحان کرد.

فاجعه بی سابقه ای مثل همه گیری ویروس کرونا، ما را مجبور می کند تا به نقش فن آوری در عملکرد خدمات بهداشت و درمان دوباره فکر کنیم. همه گیری کووید-19 به عنوان کاتالیزوری عمل می کند که بحث هایی پیرامون اهمیت انجام تحقیق با بودجه ی دولتی یا خصوصی قبل از وقوعِ احتمالیِ همه گیری غیرمنتظره ی بعدی در آینده را مطرح می سازد، و هم چنین لزوم استفاده ی نوآورانه از فن آوری موجود جهت غلبه بر محدودیت های رویکرد مدیریتی فعلی در سیستم های بهداشت و درمان. هرچند فن آوری های پوشیدنی، قابلیت بالایی در غلبه بر بیماری های مسری مثل ویروس جدید کرونا از خود نشان می دهند، اما محدودیت های یادشده، مانع پذیرش گسترده ی آنها می شود. هرچند محدودیت هایی مثل نگرانی از بابت رعایت حریم خصوصی، نیازمند توجه فوری است، اما شکی نیست که فن آوری های پوشیدنی می توانند نه تنها به عنوان سیستم هشداردهنده اولیه، بلکه به عنوان دستگاه های نجات بخش زندگی عمل کنند. بعد از عبور از این بحران، بدون شک باید تحقیقات و توجه بی دریغمان را به این تغییر رویکردها و فن آوری ها معطوف نماییم.

مترجم: ر. سپهر

[1]Continuous positive airway pressure‎

[2]personal protective equipment

[3] blood oxygen saturation

[4] Internet of Medical Thing

[5] respiration rate

[6] acute respiratory distress syndrome (ARDS)

[7] photoplethysmogram

[8] Quy

[9] piezoresistive

[10] Tamilselvi

[11] آردوینو Arduino یک برد متن‌باز برای نمونه‌سازی می‌باشد و بر اساس سخت‌افزار و نرم‌افزار منعطف و ساده پایه‌ریزی و طراحی شده است. آردوینو Arduino  می‌تواند محیط اطراف را یا استفاده از سنسورهای مختلف حس کند. آردوینو Arduino می‌تواند بر محیط اطراف خود با استفاده از لامپ‌ها، موتورها و سایر محرک‌ها اثر بگذارد.

[12] Xue

[13] Heart Rate Variability

[14] Jarchi

[15] Open source positive pressure ventilation device

[16] https://doi.org/10.1007/s41207-020-00163-1.

[17] continuous positive airway pressure

[18] non-invasive ventilation

[19] https://doi.org/10.1016/j.pulmoe.2020.04.014

[20] Nishkantha

[21] pressure support ventilation

[22] the Innovation Department of Hospital Sant Joan de Deu, Spain

[23] positive end-expiratory pressure

[24] High flow nasal cannula

[25] hypoxemic respiratory failure

[26] Non-invasive ventilation

[27] high flow nasal oxygen

[28] Internet of Medical Things

دیدگاه‌ خود را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *