Kännykkä mittaa hengityksen helppoutta

Oulun yliopistossa kehitetty uusi innovaatio helpottaa muun muassa astmaatikkojen hengityksen mittaamista. Kännykällä ja siihen asennetulla sovelluksella tehtävä mittaus on helppo ja edullinen vaihtoehto kalliille sairaalatutkimuksille.

Allergiat ja astmat yleistyvät maailmanlaajuistesti, ja ilmansaasteet ja sisäilmaongelmat rasittavat yhä useampien hengityselimiä. Fysiologisten signaalien analyysiryhmän johtaja, lääketieteellisen tekniikan professori Tapio Seppänen on jo 1990-luvulta lähtien perehtynyt ryhmänsä kanssa hengitysaaltojen signaalien tutkimukseen.

Pitkäjänteinen työ on poikinut mobiilin hengitysmittaustyökalun, joka on nimetty Hengitystyön mittariksi, englanniksi Respiratory effort test.

”Halusimme luoda nopean, helpon ja edullisen tavan mitata hengityksen helppoutta tai raskautta”, professori Seppänen sanoo. ”Tutkimme kännykän käyttömahdollisuuksia hengityksen mittauksessa. Nykyiset kännykät sisältävät monia antureita ja kehittynyttä mittausteknologiaa, joten ne ovat monipuolisia mittalaitteita.”

Kännykkä kulkee mukana jokaisella, eikä erillisiä mittalaitteita tarvita. Nyt Hengitystyön mittari on kliinisen testauksen vaiheessa, ja maailmanlaajuinen patenttihakemus on vetämässä.

Rintakehän liikkeet paljastavat raskaan hengityksen

Perinteisesti ylä- ja alahengitysteiden hengitystapahtumaa mitataan kokokehon pletysmografilla  eli BodyBoxilla, joita on vain suurimmissa sairaaloissa. Mittaus tehdään ilmatiiviissä laatikossa, putkeen hengitellen. BodyBoxilla mittaaminen vaatii koulutetun henkilökunnan ja käynnin sairaalassa. Tunnin kestävä tutkimus on potilaalle raskas.

Hengitystyön mittarilla kaikki samat tiedot saadaan muutamassa minuutissa omalla kännykällä. ”Olemme tässä suhteessa korvanneet BodyBoxin matkapuhelimella”, Tapio Seppänen naurahtaa.

”Mittaamme kännykän avulla hengitystapahtumaa ja matemaattisten mallien avulla laskemme hengitysaallon muotoon liittyviä yksityiskohtia. Niistä voidaan tulkita epänormaaleja hengitystapahtumia.”

Kun hengitys ahtautuu, hengitystiet supistuvat ja ilmanvastus kasvaa. Näin myös hengitystyön määrä lisääntyy. ”Rintakehän liike kuvastaa hengitystyötä, jonka pallean ja kylkiluiden välilihakset tekevät. Ne muodostavat alipainetta vetääkseen ilmaa sisään, ja rentoutuessaan päästävät ilmavirran ulos,” Seppänen sanoo.

”Jos hengitysteissä on ahtaumaa, joudut pusertamaan lihaksilla ja tekemään enemmän työtä ilmavirran liikkeelle saamiseksi, ja silloin rintakehän liike muuttuu. Signaalin muodosta pystymme laskemaan esiin tällaisen tukoksen.”

”Hengitystyön mittarissa käytetään tekoälyä lääketieteelliseen sovellukseen. Sovellus tekee hahmontunnistusta hengitystapahtumasta, eli koneelle opetetaan, miten se löytää hahmon luotettavasti. Sovellus myös opastaa käyttäjää tekemään mittaukset oikein, eli ihminen käy dialogia koneen kanssa.”

Mittaustulos muutamassa minuutissa

Hengitystyön mittaria kehittävässä ryhmässä työskentelee Tapio Seppäsen lisäksi professori Olli-Pekka-Alho korva-, nenä- ja kurkkutautien klinikalta, lääketieteen tekniikan alan väitöstyötä tekevä DI Tiina Seppänen ja projektitutkija Niina Palmu.

Niina Palmu on hyvinvointiteknologian kaupallistamisen asiantuntija ja mukana Hengitystyön mittarin kaupallistamisessa. Hän myös tutkii, miten potilaita voidaan parhaiten opastaa mittauksen tekemisessä.

”Mittauksen aikana kännykkä asetetaan oikeaan kohtaan rintakehän päälle. Hengittäminen tapahtuu tarkkojen ohjeiden mukaan: ensin hengitetään nenän kautta, suu kiinni, sisään ja ulos, isosti mutta normaalisti,”, Palmu kertoo. Näin saadaan aineistoa ylähengitysteiden hengitystapahtumasta.

”Sitten hengitetään suun kautta, nenästä kiinni pidellen, jolloin saadaan tulos alahengitysteiden hengitystapahtumasta. Hengitysmittari kertoo lopuksi hengityksen helppouden erikseen ylä- ja alahengitysteille sekä kokonaistuloksen”, Niina Palmu kertoo.

Mittauksen voi tehdä kotona, työpaikalla tai lääkärin vastaanotolla.

”Meidän täytyy opastaa testihenkilöt tekemään mittaukset oikein, jotta saamme kotioloissa tehdyistä mittauksista luotettavia. Tämä onkin yksi tutkimuksellinen kysymys: miten ohjeistetaan ihmisiä?”, Niina Palmu pohtii.

”Laitteen tulee olla myös opastava, eli sen täytyy kertoa, tuliko mittaus tehtyä oikein”, Seppänen lisää.

Hengitystyön mittarilla on monia kohderyhmiä

”Älypuhelimeen perustuva mittaus sai haastatteluissa lääkäreiltä yllättyneen ja innostuneen vastaanoton. ”Kätevä mitata sillä laitteella, joka on jo taskussa”, kuten eräs lääkäri sanoi”, Niina Palmu kertoo.

”Hengitystyön mittari on kätevä menetelmä hoidon vaikuttavuuden arviointiin ja kotiseurantaan. Astmaatikoiden lääkevastetta voi arvioida mittauksilla. Ja mittauksia voi tehdä monta kertaa päivässä, eri vuorokaudenaikoihin ja eri tilanteissa. Myös työpaikalla, jos siellä on sisäilmaongelmia, tai ulkona saasteiden tai katupölyn seassa”, Tapio Seppänen kuvailee.

Hengitystyön mittari toimii myös vanhempien tukena, kun he joutuvat arvioimaan astmaattisen lapsen tai nuoren tilannetta. Mittauksen perusteella on helpompi päättää, annetaanko lisää lääkettä tai viedäänkö lapsi lääkäriin.

”Jos sinulla on keuhkosairaus, astma tai keuhkoahtaumatauti, mukaudut siihen. Tilanne alkaa tuntua normaalilta, vaikka se objektiivisesti katsoen olisi huono. Mittaaminen antaa tilanteesta oikean kuvan”, Tapio Seppänen sanoo.

Ennen kuin Hengitystyön mittari pääsee markkinoille, on edessä pitkä ja perusteellinen testausvaihe. ”Kliiniset testit kestävät vuosia, koska kyse on lääkinnällisestä laitteesta. Haemmekin nyt rahoitusta tähän validaation vaiheeseen”, Seppänen ja Palmu kertovat.

MobiResp-hanke, jossa Hengitystyön mittaria kehitettiin, sai vuonna 2017 Oulun yliopistolta Proof of Concept -rahoituksen. ja Business Finlandin TUTLI (Tutkimuksesta uutta liiketoimintaa) -rahoituksella päästiin kartoittamaan keksinnön liiketoimintamahdollisuuksia. Tutkimusrahoitusta tarvitaan vielä, ennen kuin Hengitystyön mittari saadaan markkinoille.

Teksti: Satu Räsänen

Physiological Signal Analysis Group

Center for Machine Vision and Signal Analysis

 

Viimeksi päivitetty: 13.6.2019