I dispositivi che misurano i livelli di ossigeno nel sangue non funzionano bene nelle persone con la pelle scura. I ricercatori vogliono risolvere questo problema.
Se visitate una qualsiasi struttura sanitaria, una delle prime cose che vi faranno sarà applicare un pulsossimetro al dito. Questi dispositivi, che tracciano la frequenza cardiaca e l’ossigeno nel sangue, offrono informazioni vitali sulla salute di una persona. Ma sono anche difettosi. Per le persone con la pelle scura, i pulsossimetri possono sovrastimare la quantità di ossigeno trasportata dal sangue. Ciò significa che una persona con livelli di ossigeno pericolosamente bassi potrebbe sembrare, secondo il pulsossimetro, a posto.
La Food and Drug Administration statunitense sta ancora cercando di capire cosa fare per risolvere questo problema. La scorsa settimana, un comitato consultivo della FDA si è riunito per studiare modi migliori per valutare le prestazioni di questi dispositivi in persone con diverse tonalità di pelle. Ma anche gli ingegneri hanno pensato a questo problema. Nell’articolo di oggi, analizziamo il problema dei pulsossimetri: perché sono distorti e quali sono le possibili soluzioni tecnologiche.
Per capire il problema, bisogna innanzitutto capire come funzionano i pulsossimetri. La maggior parte di questi dispositivi è fissata a una parte del corpo, di solito un polpastrello, ma a volte devono essere posizionati sui lobi delle orecchie o sulle dita dei piedi. Un lato del morsetto contiene dei LED che emettono luce in due diverse lunghezze d’onda: rosso e infrarosso. Un sensore sull’altro lato della pinza misura la quantità di luce che passa attraverso il tessuto. L’emoglobina del sangue ossigenato e di quello deossigenato assorbe queste lunghezze d’onda in modo diverso e, calcolando il rapporto tra le misurazioni della luce rossa e quelle della luce infrarossa (il valore R), il dispositivo è in grado di determinare la saturazione di ossigeno nel sangue.
Il problema è che altri fattori possono influenzare la quantità di luce assorbita. Lo smalto scuro, ad esempio, può alterare la lettura. O i tatuaggi. O la melanina. “Se una persona ha una tonalità di pelle più scura, assorbirà più luce”, spiega Maggie Delano, ingegnere dello Swarthmore College che si interessa di progettazione ingegneristica inclusiva. Immaginate che 100 fotoni di luce attraversino un dito. Alcuni vengono assorbiti dal sangue, altri dalle ossa e altri ancora dalla melanina della pelle. “Quindi, se una persona ha una carnagione più scura, forse passano cinque fotoni invece di 20”, spiega Delano. “Se l’elettronica non compensa in qualche modo questo fenomeno, il risultato può essere errato”.
Questi errori possono avere conseguenze cliniche reali. L’ossigeno nel sangue è uno dei principali segni vitali che i medici utilizzano per stabilire se una persona deve ricevere ossigeno o essere ricoverata in ospedale.
Gli ingegneri stanno lavorando per risolvere questo problema in vari modi. Alla Tufts, Valencia Koomson e i suoi colleghi hanno sviluppato un dispositivo in grado di rilevare quando la qualità del segnale è scarsa o quando l’utente ha una tonalità di pelle più scura e di compensare inviando più luce. “Abbiamo a che fare con segnali ottici molto deboli che devono attraversare tessuti con molti [altri] elementi che assorbono e disperdono la luce”, ha dichiarato a Inverse. “È molto simile a quando si guida un’auto e si attraversa un tunnel. Si perde il segnale a causa dell’assorbimento dei materiali presenti nel tunnel, per cui il segnale trasmesso dai ripetitori è troppo debole per essere elaborato dal telefono”.
Koomson e i suoi colleghi stanno collaborando con un’azienda produttrice di dispositivi medici per sviluppare un prototipo da sottoporre a sperimentazione clinica. Poiché il loro team è stato nominato finalista in una una recente sfida di Open Oximetry, potranno convalidare il dispositivo gratuitamente nel laboratorio di ipossia dell’Università della California, a San Francisco.
Nel frattempo, gli ingegneri della Brown University stanno cercando di trovare una soluzione utilizzando speciali LED in grado di emettere fasci di luce polarizzata. Jesse Jokerst, ingegnere dell’Università della California di San Diego, sta lavorando a un ossimetro che utilizza luce e suono e corregge in base al tono della pelle. Un altro team dell’Università del Texas di Arlington spera di sostituire la luce rossa standard dei pulsossimetri con la luce verde, che rimbalza invece di essere assorbita. Alla Johns Hopkins, gli ingegneri hanno sviluppato un prototipo di pulsossimetro che tiene conto del tono della pelle nel calcolo della saturazione di ossigeno nel sangue.
Neal Patwari, ingegnere meccanico della Washington University di St. Louis, vuole mantenere invariato l’hardware del pulsossimetro, ma cambiare l’algoritmo. Un pulsossimetro effettua quattro diverse misurazioni, due per ogni lunghezza d’onda. Una misurazione avviene mentre il cuore spinge il sangue attraverso le arterie, quando il flusso sanguigno è massimo, e l’altra avviene tra gli impulsi, quando il flusso sanguigno è minimo. Questi quattro numeri vengono inseriti in un algoritmo che calcola i rapporti, ovvero un rapporto diviso per un altro. Questo dà il valore R. Ma “quando si prendono due numeri e li si divide, si possono ottenere strani effetti se il denominatore è ‘rumoroso’ “, spiega Patwari. Uno dei fattori che possono aumentare questo “rumore” è la pelle pigmentata di scuro. Patwari spera di trovare un algoritmo che non si basi sui rapporti e che possa offrire un valore R meno distorto.
Resta da vedere se una di queste strategie riuscirà a risolvere la distorsione dei pulsossimetri. Ma è probabile che, quando i dispositivi migliorati saranno sottoposti all’approvazione delle autorità di regolamentazione, l’asticella delle prestazioni sarà più alta. Durante la riunione della scorsa settimana, i membri della commissione hanno esaminato una proposta che richiederebbe alle aziende di testare il dispositivo su almeno 24 persone la cui carnagione copra l’intera scala di 10 sfumature. L’attuale requisito prevede che la sperimentazione includa 10 persone, due delle quali con “pigmentazione scura della pelle”.
Nel frattempo, gli operatori sanitari sono alle prese con il problema di come utilizzare gli strumenti esistenti e se fidarsi di essi. Durante la riunione del comitato consultivo di venerdì, un membro del comitato ha chiesto a un rappresentante di Medtronic, uno dei maggiori fornitori di pulsossimetri, se l’azienda avesse preso in considerazione un ritiro volontario dei suoi dispositivi. “Crediamo con certezza al 100% che i nostri dispositivi siano conformi agli attuali standard della FDA”, ha dichiarato Sam Ajizian, responsabile medico del monitoraggio dei pazienti di Medtronic. Un ritiro “comprometterebbe la sicurezza pubblica perché si tratta di un dispositivo fondamentale nelle sale operatorie e nelle unità di terapia intensiva, nei pronto soccorso, nelle ambulanze e ovunque”.
Ma non tutti sono d’accordo sul fatto che i benefici superino i danni. Lo scorso autunno, un centro sanitario di Oakland, in California, ha intentato una causa contro alcuni dei maggiori produttori e venditori di pulsossimetri, chiedendo al tribunale di proibire la vendita dei dispositivi in California fino a quando non sarà dimostrata l’accuratezza delle letture per le persone con la pelle scura, o fino a quando i dispositivi non riporteranno un’etichetta di avvertimento.
“Il pulsossimetro è un esempio dei tragici danni che si verificano quando l’industria sanitaria nazionale e le agenzie di regolamentazione che la supervisionano danno priorità alla salute dei bianchi rispetto alle realtà dei pazienti non bianchi”, ha dichiarato Noha Aboelata, CEO del Roots Community Health Center, in un comunicato. “La storia della produzione, della commercializzazione e dell’uso di pulsossimetri a sfondo razziale è un’accusa al nostro sistema sanitario”.
