Table of Contents
الجبهة الجديدة في مراقبة العدوى
وما زال تفشي الأمراض المعدية أحد أكثر التهديدات المستمرة للصحة العامة العالمية، فمن الأنفلونزا الموسمية إلى المثقفات الحديدية الجديدة، فإن السرعة التي يمكن أن ينتشر بها المسبب للأمراض في مختلف المجتمعات والقارات قد تجاوزت مرارا نظم المراقبة التقليدية، فالفارق بين التعرض الأولي، والأعراض، والتأكيد المختبري، والإبلاغ الرسمي كثيرا ما يمتد أياما أو حتى أسابيع، حيث يمكن أن يؤدي انتقال المرض الصامت إلى سرعة التحول المستمر بين أخصائيي الصنع.
وتتطور الأجهزة القابلة للزراعة، بمجرد أن تقتصر على فرز درجاتها وتتبع معدلات القلب، إلى منابر متطورة قادرة على استيعاب علامات القياس الحيوي المغذية للإصابة المبكرة، وبكشف الانحرافات عن فرادى الـ (Pax2019)؛ وخط الأساس قبل ظهور الحمى أو السعال، يمكن لهذه الأجهزة أن تحول النموذج من إدارة تفشي الفيروس إلى احتواء استباقي، غير أن التحدي الهندسي لا يزال هائلا:
لماذا يتطلب الكشف المبكر نهجا جديدا
(أ) تعتمد مراقبة الأمراض التقليدية على سلسلة من الأحداث: يستحدث الشخص المصاب أعراضاً يمكن التعرف عليها، ويلتمس الرعاية الطبية، ويقدم عينة للاختبار المختبري، ويدخل في نظام إبلاغ، ويحدث كل وصلة في تلك السلسلة تأخيراً وعدم يقيناً، وقد تم توثيق انتقال الإصابة بمرضية ومرضية بشكل جيد بالنسبة للعديد من المسببات، مما يعني أن إجراءات الاحتواء التي تنجم عن حالات قياسية لا تُظهر إلا بعداً على نحو مستمر.
الرئاس الفيزيولوجيون
كما أن الفحوصات التي تُجرى على أساس المقياس (20)، والتي تُستخدم في حالة الإصابة بمرض مسبب للمرض قبل ظهور المرض السريري بفترة طويلة، قد تُميِّز درجة حرارة الجسم الأساسية، وتقلبات القلب، وسلوك الجلد، وتدفق الدم اللاحق، وتُحدَّد جميعها تغيرات قابلة للقياس خلال فترات الحمل والإصابة بالصدمة، على سبيل المثال، ارتفاع معدل ضربات القلبية إلى جانب انخفاض معدل الحرارة في 48
التحديات الهندسية الأساسية في مجال التنمية
ويتطلب بناء أجهزة قابلة للارتداء يمكن الاعتماد عليها كنظم إنذار مبكر للأمراض المعدية نقل مجموعة من العقبات الهندسية المترابطة، وكل تحد يؤثر على الآخرين، لذا يجب إدارة المبادلات بعناية.
سيناء الفيلق ودرجة الحساسية
فالأشارات الفيزيولوجية المرتبطة بالإصابة المبكرة تكون في كثير من الأحيان ضعيفة ويسهل تجنبها بسبب ارتفاع درجة الحرارة بمقدار 0.3 درجة مئوية من حيث الاستهلاك أو معدل حرارة القلب من بضع ضربات في الدقيقة، يمكن أن تكون ذات مغزى سريري، ولكن استخراج مثل هذه التحولات الفرعية من بيانات الاستشعار الخام يتطلب معدات ذات كفاءة عالية وتجهيز إشارات متطورة.
امتثال المستخدمين وقابليتهم للتأثر
ولا يمكن أن يوفر أي ارتياب يرتدى إلا لساعات قليلة في اليوم بيانات خط الأساس المستمر اللازمة للكشف المبكر، كما أن الالتزام الطويل الأجل يتطلب أجهزة مريحة، خفيفة الوزن، ومقاومة المياه، ومقبولة من الناحية التخديرية في مختلف الفئات السكانية، كما أن اختيارات مثل مواد النطاق، وآليات الاختراق، وأجهزة الاستشعار، وتوزيع الوزن تؤثر على ما إذا كان المستخدم سيحتفظ بالجهاز أثناء النوم والتمارين الإلكترونية والأنشطة اليومية.
حجم البيانات وتجهيزها في الوقت الحقيقي
فالرصد المستمر يولد كميات هائلة من البيانات، إذ أن جهاز واحد يقاس درجة الحرارة، ومعدل القلب، وقابلية التغير في معدل القلب، ومعدل التنفس، ومستوى النشاط، وسلوك الجلد في فترات دون دقيقة يمكن أن ينتج عشرات الآلاف من نقاط البيانات في اليوم، ولا يمكن أن يترجم جميع هذه البيانات إلى جهاز إنذار بالبطارية السحابية لتحليلها إلا مصادر القدرة وسلسلة النطاقات، ويثير شواغل تتعلق بحسابات الترددات، حيث تحدث إشارات أولية وأنماط الكشف عن الأجهزة.
كفاءة الطاقة والإدارة الحرارية
وتخضع الأجهزة القابلة للزراعة لرصد الصحة لميزانيات قوية للطاقة، إذ أن أجهزة الاستشعار والمجهزات والأجهزة اللاسلكية لا تعمل بثا سلكيا، وتظهر جميع الطاقة، والحاجة إلى التشغيل المستمر على مدى أيام أو أسابيع، هي متطلبات شديدة على تصميم البطاريات، ويقوم المهندسون بتنفيذ نظام حساس منخفض، حيث يستيقظ المستشعرون لفترة وجيزة لأخذ القياسات ثم يعودون إلى وضع نهج مكملة للطاقة المنخفضة.
الخصوصية والأمن وإدارة البيانات
ولا يمكن أن تكشف البيانات الصحية القابلة للزراعة عن حالة صحية فردية فحسب بل تكشف عن أنماط يمكن استخدامها في الاختلاق في السلوك والموقع والتفاعلات الاجتماعية، ولا يمكن نشر الأجهزة القابلة للارتداء على نطاق واسع لكشف حالات التفشي، والتشفير القوي، والتوثيق المأمون، وسياسات إدارة البيانات الشفافة، ويجب على المهندسين أن ينفذوا أجهزة التكفير النهائية للبيانات في مجال مراقبة المرور العابر وفي عمليات الاستراحة.
الابتكارات التكنولوجية الرئيسية
وقد عجلت عدة أوجه تقدم تكنولوجي من إمكانية الكشف المبكر عن المواد القابلة للارتداء، حيث شملت هذه الابتكارات أجهزة الاستشعار، وتصميم الخوارزميات، وهيكل النظام.
منابر الاستشعار الأحيائي المتقدمة
وبغض النظر عن رصد العلامات الحيوية التقليدية، يجري تطوير الجيل التالي من أجهزة الاستشعار الأحيائية لكشف المعالم الحيوية الجزيئية مباشرة على الجلد، وتُقدم أجهزة القياس الدقيقة التي يمكن أن تُستخدم فيها عينات من السائل المختلط قياس علامات مثل البروتين الفعّال، أو البركستونين، أو أجهزة الاختناق المحددة التي تُطلق أثناء الاستجابة المبكرة للمصابين بالوباء المغناطيسي.
تعليم الآلات للخطوط الأساسية الشخصية
ومن أهم التحديات في الكشف عن الإصابة باستخدام المصابيح الارتيلة ارتفاع معدل التغير الفيزيائي بين الأفراد، وقد يكون معدل ضربات القلب البالغ 72 ضربة في الدقيقة أمرا عاديا بالنسبة لشخص واحد ولكنه مرتفع بالنسبة لشخص آخر، أما نماذج التعلم التي يتم تدريبها على كل نموذج من نماذج المرض(ب)(x2019)؛ ويمكن أن تحدد البيانات التاريخية الخاصة بخطوط الأساس الشخصية وتكشف حالات الانحراف ذات الدقة الأكبر من العتبات التي تظهر على مستوى السكان(19).
القدرة على الاتصال اللاسلكية والقابلية للتشغيل المتبادل
ومن أجل الحصول على بيانات قابلة للارتداء لإعلام جهات الصحة العامة، يجب أن تتدفق بأمان من الجهاز إلى مقدمي الرعاية الصحية، وقواعد بيانات البحوث، والسلطات الصحية، ويقوم المهندسون بتصميم أجهزة تستخدم الطاقة المنخفضة المنخفضة المنخفضة من أجل نقل البيانات المحلية إلى بوابة إلكترونية، ثم تحشد شبكات الخلايا أو شبكة الإنترنت لنقلها إلى منابر السحاب المشفرة.
Multimodal Sensor Fusion
ويمكن أن يؤدي الارتداد إلى ارتفاع معدلات الإصابة بالمرض بسبب وجود عوامل غير مرتبطة بالمرض، مثل التمرين أو الوضع العاطفي أو الظروف البيئية، ويجمع بين الأشعة بين البيانات من عدة طرائق، ومعدل الارتفاع في القلب، ومعدل الارتفاع في معدل الإصابة بالقلب، ومعدل الحرارة، ومعدل الإصابة بالصدمات، ومعدل الحرارة المرتفعة، ومعدل الارتفاع في النشاط، والنشاط الكهربي(ب)(ب)(أ)(20).
التطبيقات العالمية الحقيقية ودراسات التقييم
وقد تجاوز الوعد بالكشف عن تفشي المرض على أساس ارتياب النظرية إلى البحوث الفعالة وعمليات النشر التجريبية، وقد أظهرت عدة دراسات واسعة النطاق جدوى هذا النهج.
رصد دقيق خلال فترة انعقاد مؤتمر الدول الجزرية الصغيرة النامية - 19
وقد أتاح وباء فيروس نقص المناعة البشرية/الإيدز - 19 اختباراً عاجلاً للتكنولوجيا القابلة للارتداء، وفي عام 2020، أطلق الباحثون في جامعة ستانفورد ] [الدراسة الرقمية للعلامات الكيميائية - 19]، التي طلبت من المشاركين ارتداء أجهزة من مختلف المصنعين والإبلاغ عن حالتهم الصحية يومياً، وخلصت الدراسة إلى أن الإشارات الفيزيولوجية التي التقطتها أجهزة الرصد الرقمية قد تكشف عن وجود نسبة إصابة تتراوح بين صفر وتسع وتسعين.
رصد درجة الحرارة في مراقبة إنفلونزا
وقد تم نشر رصد مستمر لدرجات حرارة الجلد باستخدام رقائق قابلة للارتداء في عدد من برامج مراقبة الأنفلونزا المجتمعية، وفي دراسة طويلة النطاق شملت العاملين في مجال الرعاية الصحية في اليابان، يمكن أن يكون هناك جهاز حراري قابل للارتطام يبث البيانات اللاسلكية إلى نظام مركزي يكتشف وجود أنماط حرارة مرتفعة ترتبط بتفشي الأمراض الشبيهة بالفلورينزا مع وجود فترة زمنية طويلة تتراوح بين يوم واحد ويومين مقارنة بالإبلاغ عن كل عيادة.
التطبيقات السكانية العسكرية والعالية الأثر
وقد قامت المنظمات العسكرية في وقت مبكر باعتماد نظام الرصد الفيزيائي القابل للزراعة من أجل حماية صحة القوة، وقامت وزارة الدفاع الأمريكية بوضع برنامج لرصد صحة المحاربين، الذي يستخدم مجموعة من أجهزة الاستشعار القابلة للارتداء لتتبع العلامات الحيوية وأنماط النشاط بين أفراد الخدمة، وقد أثبت النظام أثناء العمليات الميدانية قدرته على الكشف عن علامات الإصابة في عيادات الأمراض قبل أن تصبح هذه علامات على الإصابة بالوب.
الخصوصية والأخلاقيات والثقة العامة
ويثير نشر الأجهزة القابلة للارتداء لمراقبة الأمراض المعدية تساؤلات عميقة بشأن الخصوصية والاستقلال الذاتي والإنصاف، ولا يمكن للحلول الهندسية وحدها أن تعالج هذه الشواغل؛ ويجب أن تكون جزءا من إطار الممارسة الأخلاقية والحكم الشفاف.
الموافقة المستنيرة ومراقبة البيانات
ويجب أن يكون لدى المستعملين فهم واضح للبيانات التي تجمعها أجهزةهم القابلة للارتداء، وكيفية تجهيزها، وإتاحة الوصول إليها، وما هي الأغراض، وينبغي أن تكون الموافقة المستنيرة عملية مستمرة، وليس حدثاً لمرة واحدة، ويمكن للمهندسين دعم ذلك من خلال تصميم وصلات بينية للمستعملين تتيح للأفراد اختيار خيارات تبادل البيانات باللغة السهلة، وتوفر ضوابط مضغوطة، بحيث يتاح لهم اختيار استخدامات محددة للبيانات أو الخروج منها، مثل مراقبة الصحة العامة مقابل البحث.
الإنصاف والوصول
وإذا أصبح الكشف عن تفشي المرض على أساس اللبس أداة موحدة للصحة العامة، فإن هناك خطراً بأن يستبعد السكان الذين لديهم إمكانية محدودة للحصول على التكنولوجيا من فوائده، مما يزيد من التفاوتات الصحية القائمة، ويجب على المهندسين ومصممي البرامج أن ينظروا في إمكانية تحمل التكاليف، وتوافق الأجهزة عبر مختلف أطنان الجلد وأنواع الجسم، والحاجة إلى وجود وصلات بينية متعددة اللغات، وينبغي أن تشمل استراتيجيات النشر نماذج التوزيع القائمة على المجتمعات المحلية والشراكات مع وكالات الصحة العامة لضمان وصول هذه الأجهزة إلى خدمات صحية.
تجنب الوصمة والتمييز
ويمكن أن يؤدي الإنذار من جهاز قابل للارتداء يشير إلى احتمال الإصابة إلى الوصم أو الاستبعاد الاجتماعي أو الإجراءات التمييزية في أماكن العمل والمدارس والمساحات العامة، ويجب أن تتضمن بروتوكولات الصحة العامة مبادئ توجيهية بشأن كيفية الإبلاغ عن حالات التنبيه واتخاذ إجراءات بشأنها، مع التأكيد على أن الشذوذ الفيزيولوجي ليس تشخيصاً وينبغي أن يتبعه اختبار مثبت، ويمكن للمهندسين أن يصمموا نظماً لتحديد الهوية بحيث توفر تقديرات للسياق وعدم التيق إلى جانب الإنذارات، مما يقلل من خطر سوء التفسير.
التوجهات المستقبلية والطريق إلى التبني على نطاق واسع
ومع استمرار تحسن تكنولوجيا الاستشعار، وتطور مقاييس التعلم الآلاتي، فإن من المرجح أن يتسع دور الأجهزة القابلة للارتداء في إدارة الأمراض المعدية، وسيشكل العديد من التطورات الرئيسية هذه المسارات.
التكامل مع الاتصالات الرقمية
ويمكن أن يؤدي الرصد الفيزيائي المختلط مع تعقب الاتصالات الرقمية إلى تعزيز الاستجابة لحالات تفشي المرض إلى حد كبير، وإذا كشفت القابلية للارتداء عن الإصابة المبكرة المحتملة، يمكن استخدام بياناته لإخطار الأفراد الذين يقتربون من الملبس بصورة مجهولة خلال فترة الإصابة بالأمراض المعدية المحتملة، مما يتيح لهم اتخاذ تدابير وقائية مثل الاختبار والرصد الذاتي، وهذا النهج يتطلب اهتماما دقيقا للخصوصية، ولكنه يمكن أن يساعد على كسر سلاسل نقل الأمتعة الشخصية على نحو أكثر كفاءة من اقتفاء أثر الاتصال.
المنصات العضوية الثابتة - البحرية
ولتحقيق التغطية على مستوى السكان، ستحتاج نظم الصحة العامة إلى إدماج البيانات من مجموعة واسعة من الأجهزة القابلة للزراعة، كل منها بمواصفات الاستشعار الخاصة بها، ومعدلات أخذ العينات، وصيغ البيانات، ووضع برامج مفتوحة وموحدة يمكن أن تتلقى البيانات من جهات التصنيع المتعددة وتحللها، هو هدف هندسي هام، ومن شأن هذه البرامج أن تمكن السلطات الصحية من تجميع البيانات عبر مختلف النظم الإيكولوجية للأجهزة، وزيادة القدرة الإحصائية، والتغطية الجغرافية دون أن تشترط على الجميع استخدام نفس الجهاز.
مسارات التقييم والتنظيم
وقبل أن يتم نشر الأجهزة القابلة للارتداء كجزء من الاستجابة لحالات تفشي الأمراض، يجب أن تخضع لتثبت حساسيتها وخصوصيتها وقيمة التنبؤ الإيجابية في الظروف السائدة في العالم الحقيقي، وتعتمد الوكالات التنظيمية، مثل إدارة الأغذية والمخدرات في الولايات المتحدة والوكالة الأوروبية للمستحضرات الطبية، على وضع أطر لتقييم تكنولوجيات الصحة الرقمية، بما في ذلك نظم الكشف المبكر التي يمكن ارتداؤها.
خاتمة
وتأتي هندسة الأجهزة القابلة للارتداء للكشف المبكر عن تفشي الأمراض المعدية في تقاطع تصميم أجهزة الاستشعار، وعلم البيانات، والصحة العامة، وتصميم مراكز الإنسان، وهي فوائد كبيرة: القدرة على كشف حالات تفشي الأمراض قبل أيام أو حتى ساعات من المراقبة التقليدية يمكن أن تتيح للسلطات الصحية تخصيص موارد أكثر كفاءة، وتنفيذ تدخلات محددة الهدف، والحد في نهاية المطاف من انتشار العدوى، وتحقيق ذلك الاحتمال الذي سيتطلب استثمارات مستدامة في البنية التحتية المنصفة.
ومع مواجهة المجتمع العالمي للتهديد المستمر للأمراض المعدية الناشئة، فإن التكنولوجيا القابلة للارتداء توفر مسارا نحو نظام صحي عام أكثر مرونة واستجابة، وهذه الأجهزة وحدها ليست حلا، بل مقترنة ببنى أساسية قوية للصحة العامة، والاتصال الواضح، والمجتمعات المحلية المستنيرة، يمكن أن تصبح عنصرا قويا من عناصر ترسانة الإنذار المبكر، فالمهندسين الذين يواصلون هذا العمل لا يبنون ببساطة معدات أفضل، بل إنهم يصممون أدوات يمكن أن تعطي البشرية يوما واحدا رأسا حاسما في بداية عملية الانتشار.
External References]