System AI wykrywa błędy przy samodzielnym podawaniu leków

Naukowcy z MIT opracowali system, który wykorzystuje bezprzewodowe sygnały radiowe i sztuczną inteligencję (AI) do wykrywania błędów, gdy pacjenci samodzielnie podają leki. Nowy rozwój 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 insuliny lub inhalatora. Potencjalne błędy są wykrywane przez niego, gdy pacjent samodzielnie podaje 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 podawaniu leków, co pomaga zmniejszyć niepotrzebne wizyty w szpitalu.

Badanie zostało opublikowane w zeszłym miesiącu w czasopiśmie Nature Medicine. Wśród autorów publikacji znajdują się Mingmin Zhao, doktorant 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 badania znajdują się Hao Wang, były postdoktorant CSAIL i obecnie członek wykładowy Rutgers University, oraz Aniruddh Raghu, doktorant CSAIL.

Mechanizmy podawania leków

Wiele leków wymaga złożonych mechanizmów podawania.

„Na przykład, pióra insuliny 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 prawidłowego podania leku do jego miejsca działania”.

Z każdym dodatkowym krokiem zwiększa się liczba możliwych błędów, które są jeszcze większe, jeśli nie ma obecny farmaceuta. Ponieważ pacjenci często popełniają błędy, nie zdając sobie z tego sprawy, zespół dążył do stworzenia zautomatyzowanego systemu.

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

„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 umieszczony jest w tle domu i wykorzystuje AI do interpretacji modyfikowanych fal radiowych. Sieć neuronowa została opracowana w celu wykrywania wzorców w używaniu leków i została przeszkolona do wykonywania ruchów przykładowych. Dzięki uczeniu wzmocnionemu sieć pomyślnie wykryła 96 procent podań insuliny i 99 procent użyć inhalatora.

Po zidentyfikowaniu błędów sieć może również je poprawić. Prawidłowe podanie leku następuje zgodnie z podobnymi sekwencjami, co oznacza, że system może wykryć anomalie w konkretnych krokach. Informacje te mogą być następnie wysłane do pacjenta lub jego lekarza, co pomaga poprawić technikę.

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

„Alternatywny sposób rozwiązania tego problemu polega na zainstalowaniu kamer” – kontynuuje Zhao. „Ale wykorzystanie 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.