System AI wykrywa błędy podczas samodzielnego przyjmowania leków

Naukowcy z MIT opracowali system, który wykorzystuje bezprzewodowe sygnały radiowe i sztuczną inteligencję (AI), aby wykryć błędy, gdy pacjenci samodzielnie przyjmują leki. Nowy system może mieć duży wpływ, biorąc pod uwagę alarmującą liczbę pacjentów, którzy nie stosują się do zaleceń lekarskich, co prowadzi do tysięcy zgonów i miliardów dolarów kosztów medycznych każdego roku.

System wykorzystuje bezprzewodowe czujniki i AI, aby określić, kiedy pacjent używa pióra insulinowego lub inhalatora. Potencjalne błędy są wykrywane przez system, gdy pacjent samodzielnie przyjmuje leki.

Dina Katabi jest profesorem Andrew i Erna Viteri na MIT. Grupa badawcza Katabi była odpowiedzialna za opracowanie nowego systemu.

“Niektóre wcześniejsze prace donoszą, że do 70% pacjentów nie przyjmuje insuliny zgodnie z zaleceniami, a wielu pacjentów nie używa inhalatorów prawidłowo”, mówi Katabi.

Zdaniem naukowców nowy system może być zainstalowany w domu i ostrzegać pacjentów i opiekunów o błędach w przyjmowaniu leków, co pomaga zmniejszyć niepotrzebne wizyty w szpitalu.

Badania zostały opublikowane w zeszłym miesiącu w czasopiśmie Nature Medicine. Głównymi autorami pracy są Mingmin Zhao, student doktorancki w Laboratorium Informatyki i Sztucznej Inteligencji MIT (CSAIL), oraz Kreshnik Hoti, były naukowiec wizytujący na MIT i obecnie członek wykładowy Uniwersytetu w Prisztinie w Kosowie. Wśród współautorów badań znajdują się Hao Wang, były pracownik CSAIL i obecnie członek wykładowy Rutgers University, oraz Aniruddh Raghu, student doktorancki CSAIL.

Mechanizmy dostarczania leków

Wiele leków wymaga złożonych mechanizmów dostarczania.

“Na przykład, pióra insulinowe wymagają przygotowania, aby upewnić się, że nie ma w nich pęcherzyków powietrza. A po wstrzyknięciu, trzeba przytrzymać przez 10 sekund”, mówi Zhao. “Wszystkie te małe kroki są niezbędne do właściwego dostarczenia leku do jego aktywnego miejsca.”

Z każdym dodatkowym krokiem zwiększa się liczba możliwych błędów, co jest jeszcze bardziej zwiększone, jeśli nie ma farmaceuty. Ponieważ pacjenci często popełniają błędy bez udziału swojej wiedzy, zespół starał się stworzyć zautomatyzowany system.

Nowy system składa się z trzech głównych kroków, rozpoczynając od czujnika, który śledzi ruchy pacjenta w promieniu 10 metrów. Ten krok jest realizowany za pomocą fal radiowych, które odbijają się od jego ciała. Następnie AI analizuje odbite sygnały, aby określić, czy pacjent samodzielnie przyjmuje inhalator lub pióro insulinowe. Ostatnim krokiem jest ostrzeżenie pacjenta lub dostawcy opieki zdrowotnej, gdy wykryty zostanie błąd w przyjmowaniu leku.

“Jedną z dobrych rzeczy w tym systemie jest to, że nie wymaga od pacjenta noszenia żadnych czujników”, mówi Zhao. “Może nawet działać przez przeszkody, podobnie jak dostęp do sieci Wi-Fi, gdy jesteś w innym pokoju niż router.”

Czujnik i sieć neuronowa

Czujnik siedzi w tle domu, podczas gdy AI interpretuje modyfikowane fale radiowe. Sieć neuronowa została opracowana w celu wykrycia wzorców w używaniu leków i została przeszkolona do wykonywania przykładowych ruchów. Za pomocą uczenia wzmocnionego sieć pomyślnie wykryła 96% wstrzyknięć insuliny i 99% użycia inhalatorów.

Po zidentyfikowaniu błędów sieć może również je poprawić. Prawidłowe podawanie leków następuje w podobnych sekwencjach, co oznacza, że system może wykryć anomalie w konkretnych krokach. Te informacje mogą być następnie wysłane do pacjenta lub lekarza, co pomaga poprawić technikę.

“Poprzez rozbicie tego na kroki, możemy nie tylko zobaczyć, jak często pacjent używa urządzenia, ale także ocenić jego technikę podawania, aby zobaczyć, jak dobrze sobie radzi”, mówi Zhao.

“Alternatywny sposób rozwiązania tego problemu polega na zainstalowaniu kamer”, kontynuuje Zhao. “Ale używanie sygnału bezprzewodowego jest znacznie mniej inwazyjne. Nie pokazuje wyglądu ludzi.”

Zdaniem zespołu nowy system może być w przyszłości dostosowany do innych leków poprzez ponowne przeszkolenie sieci neuronowej.