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Durante l’attuale pandemia di coronavirus, una delle parti più rischiose del lavoro di un operatore sanitario è valutare le persone che hanno sintomi di Covid-19. I ricercatori del MIT, del Boston Dynamics e del Brigham and Women’s Hospital sperano di ridurre questo rischio utilizzando robot per misurare a distanza i segni vitali dei pazienti.

I robot, controllati da un dispositivo portatile, possono anche trasportare un tablet che consente ai medici di chiedere ai pazienti i loro sintomi senza trovarsi nella stessa stanza.

“Nella robotica, uno dei nostri obiettivi è utilizzare l’automazione e la tecnologia robotica per rimuovere le persone da lavori pericolosi”, afferma Henwei Huang, postdoc del MIT. “Abbiamo pensato che dovesse essere possibile per noi utilizzare un robot per rimuovere l’operatore sanitario dal rischio di esporsi direttamente al paziente”.

Utilizzando quattro telecamere montate su un robot simile a un cane sviluppato da Boston Dynamics, i ricercatori hanno dimostrato di poter misurare la temperatura della pelle, la frequenza respiratoria, la frequenza cardiaca e la saturazione di ossigeno nel sangue in pazienti sani, da una distanza di 2 metri. Ora stanno progettando di testarlo in pazienti con sintomi di Covid-19.

“Siamo entusiasti di aver forgiato questa partnership tra industria e università in cui scienziati con competenze in ingegneria e robotica hanno lavorato con i team clinici dell’ospedale per portare tecnologie sofisticate al capezzale”, afferma Giovanni Traverso, assistente professore di ingegneria meccanica del MIT, gastroenterologo al Brigham and Women’s Hospital e l’autore senior dello studio.

I ricercatori hanno pubblicato un documento sul loro sistema sul server di prestampa techRxiv e lo hanno presentato a una rivista peer-reviewed. Huang è uno degli autori principali dello studio, insieme a Peter Chai, assistente professore di medicina d’urgenza al Brigham and Women’s Hospital, e Claas Ehmke, una studentessa in visita dell’ETH di Zurigo.

Quando i casi di Covid-19 hanno iniziato a crescere a Boston a marzo, molti ospedali, tra cui Brigham and Women’s, hanno allestito tende di triage al di fuori dei loro reparti di emergenza per valutare le persone con sintomi di Covid-19. Una delle componenti principali di questa valutazione iniziale è la misurazione dei segni vitali, inclusa la temperatura corporea.

I ricercatori del MIT e della BWH hanno avuto l’idea di utilizzare la robotica per consentire il monitoraggio senza contatto dei segni vitali, per consentire agli operatori sanitari di ridurre al minimo la loro esposizione a pazienti potenzialmente infettivi. Hanno deciso di utilizzare le tecnologie di visione artificiale esistenti in grado di misurare la temperatura, la frequenza respiratoria, il polso e la saturazione di ossigeno nel sangue e hanno lavorato per renderli mobili.

Per ottenere ciò, hanno utilizzato un robot noto come Spot, che può camminare su quattro zampe, in modo simile a un cane. Gli operatori sanitari possono manovrare il robot ovunque siano seduti i pazienti, utilizzando un controller portatile. I ricercatori hanno montato quattro diverse telecamere sul robot: una telecamera a infrarossi e tre telecamere monocromatiche che filtrano diverse lunghezze d’onda della luce.

I ricercatori hanno sviluppato algoritmi che consentono loro di utilizzare la telecamera a infrarossi per misurare sia la temperatura elevata della pelle che la frequenza respiratoria. Per la temperatura corporea, la fotocamera misura la temperatura della pelle sul viso e l’algoritmo correla tale temperatura con la temperatura corporea interna. L’algoritmo tiene anche conto della temperatura ambiente e della distanza tra la telecamera e il paziente, in modo che le misurazioni possano essere effettuate da diverse distanze, in diverse condizioni meteorologiche, e comunque siano accurate.

Le misurazioni dalla termocamera a infrarossi possono essere utilizzate anche per calcolare la frequenza respiratoria del paziente. Mentre il paziente inspira ed espira, indossando una maschera, il suo respiro cambia la temperatura della maschera. La misurazione di questa variazione di temperatura consente ai ricercatori di calcolare la velocità con cui il paziente respira.

Le tre telecamere monocromatiche filtrano ciascuna una diversa lunghezza d’onda della luce: 670, 810 e 880 nanometri. Queste lunghezze d’onda consentono ai ricercatori di misurare i leggeri cambiamenti di colore che si verificano quando l’emoglobina nei globuli si lega all’ossigeno e scorre attraverso i vasi sanguigni. L’algoritmo dei ricercatori utilizza queste misurazioni per calcolare sia la frequenza del polso che la saturazione di ossigeno nel sangue.

“Non abbiamo davvero sviluppato una nuova tecnologia per eseguire le misurazioni”, afferma Huang. “Quello che abbiamo fatto è stato integrarli insieme in modo molto specifico per l’applicazione Covid, per analizzare contemporaneamente diversi segni vitali.”

In questo studio, i ricercatori hanno eseguito le misurazioni su volontari sani e ora stanno pianificando di testare il loro approccio robotico in persone che mostrano sintomi di Covid-19, in un pronto soccorso ospedaliero.

Mentre a breve termine i ricercatori intendono concentrarsi sulle applicazioni di triage, a lungo termine prevedono che i robot potrebbero essere utilizzati nelle stanze degli ospedali dei pazienti. Ciò consentirebbe ai robot di monitorare continuamente i pazienti e consentirebbe anche ai medici di controllarli, tramite tablet, senza dover entrare nella stanza. Entrambe le applicazioni richiedono l’approvazione della Food and Drug Administration statunitense.

La ricerca è stata finanziata dal Dipartimento di Ingegneria Meccanica del MIT e dalla cattedra di sviluppo professionale Karl van Tassel e da Boston Dynamics.

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