Image: Shuai XuInfrared camera footage shows a child scratching while wearing an ADAM sensor. The outputs of the sensors are shown as the child scratches.
有多癢癢？這是醫(yī)生經(jīng)常問濕疹和其他引起瘙癢疾病患者的問題，但這個答案是非常主觀的，很難量化；就像被要求用表情符號面部疼痛量表來評估一個人的疼痛一樣。
近日，研究人員在《科學(xué)進(jìn)步（Science Advances）》雜志上報道了一種可穿戴傳感器，它可以精確地量化人的抓撓程度。只需戴在手背上，這個小玩意兒即可利用運動和振動傳感來感知手的活動。然后，機(jī)器學(xué)習(xí)算法將運動識別為抓撓或其他非抓撓手部運動。
西北大學(xué)皮膚病學(xué)家和生物醫(yī)學(xué)工程師Shuai（Steve）Xu說：“將抓撓作為一種客觀的方法來衡量瘙癢的能力在各種醫(yī)療條件下都非常重要。”瘙癢不僅是濕疹和其他皮膚疾病的主要癥狀，也是肝病、腎病和某些癌癥的主要癥狀。
“事實上，瘙癢是降低這些患者生活質(zhì)量的主要癥狀之一，”Xu說，他與西北大學(xué)的John Rogers共同開發(fā)了這種設(shè)備。癢是非常痛苦的，”他說。
測量和量化瘙癢可以改善這些患者的醫(yī)療狀況。例如，它將給醫(yī)生和病人一個更客觀的方法來確定藥物是否有效。這對于小孩子來說尤其如此 —— 他們可能無法清楚地表達(dá)他們的身體是如何隨著時間的推移而變化的。
這種裝置還可以通過向制藥公司和監(jiān)管機(jī)構(gòu)提供客觀數(shù)據(jù)來顯示藥物是否有效，從而改善臨床試驗?！爸扑幑菊陂_發(fā)許多治療濕疹的新藥。他們需要什么？他們需要客觀的終點來證明他們的藥物有效，最重要的是瘙癢的量化，”Xu說。
研究人員嘗試使用標(biāo)準(zhǔn)加速計配合機(jī)器學(xué)習(xí)來監(jiān)測抓撓，Nestle Skin Health公司和Maruho甚至為Apple Watch開發(fā)了一款名為“瘙癢跟蹤器（Itch Tracker）”的應(yīng)用程序。但是這些設(shè)備很難捕捉到只有手指在移動而沒有手腕運動的抓痕，Xu說。
為了改進(jìn)現(xiàn)有的設(shè)備，西北大學(xué)的研究小組開發(fā)了一種軟而靈活的傳感器，可以捕捉運動和高頻（1600hz）聲機(jī)械信號?！斑@些信號是由手的運動和指尖接觸皮膚引起的振動產(chǎn)生的。它可以幫助我們不用麥克風(fēng)就能捕捉到抓撓的聲音，”Xu如此表示。
西北大學(xué)的研究人員在一年多前進(jìn)行了一項研究，將傳感器放置在胸部以捕捉吞咽、呼吸和心臟活動的信號后，首次報道了這種傳感器 —— 它很成功，作為一名皮膚科醫(yī)生，Xu自然想把它應(yīng)用到皮膚抓撓上。
為了使設(shè)備適應(yīng)抓痕，研究小組訓(xùn)練了一種學(xué)習(xí)算法——random forest classifier——來正確識別抓痕。這項訓(xùn)練包括了10名成年人用手上的傳感器抓撓身體的不同部位。“我們做了很多工作來了解抓痕產(chǎn)生的頻段，以及抓痕與揮手、打字和發(fā)短信的區(qū)別”，Xu表示。
研究小組隨后在11名濕疹兒童身上測試了傳感器的準(zhǔn)確性。孩子們在家里睡了三個星期，把傳感器戴在手背上。家長們在床邊放了一臺紅外攝像機(jī)，隔夜給孩子們錄了下來。
然后，研究小組對這些孩子近400小時的睡眠錄像進(jìn)行了目視檢查，并將其與傳感器的時間同步數(shù)據(jù)進(jìn)行了比較，以了解算法的工作情況。根據(jù)他們的報告，數(shù)據(jù)顯示靈敏度為84.3%，準(zhǔn)確率為99.3%。
Xu說，他正在進(jìn)行后續(xù)的研究，使用兩個傳感器，一個在手上，一個在胸部，來測量睡眠和抓撓情況。他希望這項研究能幫助他更好地理解抓撓對深度睡眠的影響。Xu說，諾華和輝瑞在財務(wù)上支持西北大學(xué)在傳感器方面的工作，他的衍生公司Sibel Health正在“與幾家制藥公司合作，將傳感器作為其臨床試驗的一部分?！辈贿^，他還不能透露哪些公司正在使用它。
