呼吸数を監視するためにソナーを使用する新しいアプリは、オピオイドの過剰摂取を検知できます。
過剰摂取時には、呼吸が遅くなるか、完全に止まってしまいます。これらの症状は、早期に発見されれば、薬剤ナロキソンで回復させることができます。しかし、オピオイドを単独で使用している人には、助けを求める手段がありません。
「セカンド・チャンス」と呼ばれるこのアプリは、過剰摂取に関連する症状を約90％の確率で正確に検知し、スマートフォンから最大3フィート（約90センチ）離れた場所からも呼吸を追跡できます。
「このアイデアは、人々がオピオイドを使用する際にこのアプリを利用できるようにするものです。過剰摂取が起きた場合、スマートフォンが友人や救急サービスとつながり、ナロキソンを提供できる可能性があります」と、共同責任著者でワシントン大学ポール・G・アレン コンピュータサイエンス・工学部の准教授であるシャイアム・ゴラコタ氏は述べています。
「ここで示すのは、オピオイド使用の前後での呼吸の変化を監視することで、スマートフォンで過剰摂取を検知できるアルゴリズムを開発したということです。」
毎分7回の呼吸
『Science Translational Medicine』誌で報告されたとおり、このアプリはスマートフォンから人の胸に可聴域外の音波を送り、その音波がスマートフォンに戻る様子を監視して、特定の呼吸パターンを探します。
「オピオイド過剰摂取の主な前兆は2つあります。人が呼吸を止めた場合、または人の呼吸数が毎分7回以下になった場合です」と、共同責任著者で麻酔科・痛み治療科の助教授であるジェイコブ・サンシャイン氏は述べています。「病院では、毎分8回未満が一般的な基準値であり、この値を下回ると、患者が無事であるかを確認するためにベッドサイドへ駆けつけることになります。」
「セカンド・チャンス」は、人の動きも監視します。
「薬物を注射している間、人は常に完全に静止しているわけではないため、動き回っている間も呼吸を追跡できるようにしたいと考えました」と、筆頭著者でアレン学部の博士課程学生であるラジャラクシュミ・ナンダクマール氏は述べています。「また、オピオイド過剰摂取時に特有の動き、例えば頭が垂れたり、うとうとしたりする動きを探すこともできます。」
実世界のデータ
アプリの背後にあるアルゴリズムを設計・検証するために実世界のデータを利用できるよう、研究者らはカナダ・バンクーバーの監視下注射施設「インサイト」と提携しました。インサイトは、北米で初めて合法化された監視下消費施設です。本研究の一環として、インサイトの参加者は、呼吸数も追跡する監視装置を胸に装着しました。
「参加者には、いつもどおりに薬物を準備してもらいましたが、アルゴリズムが呼吸数のベースライン値を取得できるよう、注射前の1分間の監視を行いました」とナンダクマール氏は述べています。「ベースラインを取得した後、注射中も監視を続け、その後5分間も監視しました。これは、過剰摂取の症状が現れる時間帯だからです。」
アルゴリズムを検証した94人の参加者のうち、47人は呼吸数が毎分7回以下であり、49人は一定時間呼吸が停止し、2人は酸素投与、人工呼吸、および/またはナロキソン治療を必要とする過剰摂取を経験しました。平均すると、アルゴリズムは過剰摂取の前兆となる呼吸の問題を約90％の確率で正しく特定しました。
研究者らは、アルゴリズムが実際の過剰摂取を検知できることも確認したいと考えました。インサイトでは、過剰摂取が発生することはまれだからです。研究チームは麻酔科の医療チームと協力し、手術室で過剰摂取を「模擬」し、アプリが人を監視して呼吸の停止を検知できるようにしました。
「…これらの過剰摂取は、早期に検知できれば、完全に回復可能な現象です。」
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「患者が麻酔を受けるとき、過剰摂取を起こしている人と同様の生理的反応を経験します」とサンシャイン氏は述べています。「手術室でこの事象が起きても問題はありません。患者は酸素を投与されており、麻酔科チームの管理下にあるからです。しかし、これは再現が難しいデータを取得し、急性の過剰摂取時にどのような状態になるのかを把握してアルゴリズムをさらに改良するための、特別な環境です。」
模擬実験では、研究者らは、予定されていた選択的手術を受ける健康な参加者を募集しました。インフォームド・コンセントを得た後、患者には標準的な麻酔薬が投与され、30秒間にわたって呼吸が遅くなるか停止しました。アルゴリズムは、模擬された20件の過剰摂取のうち19件を正しく予測しました。誤った1件では、患者の呼吸数がアルゴリズムの閾値をわずかに上回っていました。
早期検知
現在、「セカンド・チャンス」は利用者の監視のみを行っていますが、最終的には、アプリが利用者と双方向にやり取りできるようにすることが目標です。
「アプリが呼吸の低下または停止を検知したら、本人にアプリとの操作を求める警告を送信したいと考えています」とゴラコタ氏は述べています。「その後、本人がアプリとの操作に応じない場合に、『今は誰かに通知する必要がある段階だ』と判断し、スマートフォンがナロキソンを持つ誰かに連絡できるようにします。」
研究者らは、FDA（米国食品医薬品局）の承認を申請しており、ワシントン大学発のスピンアウト企業「Souapplnd Life Sciences, Inc.」を通じて、この技術を商業化する計画を立てています。このアプリはあらゆる形態のオピオイド使用に役立つ可能性がありますが、これまで研究者らは、最も多くの死亡が発生している違法な注射型オピオイド使用の検証にのみ用いてきました。
「私たちは、オピオイド使用による死亡という前例のない流行に直面しており、これらの過剰摂取は、早期に検知されれば完全に回復可能な現象であるため、残念なことです」とサンシャイン氏は述べています。
「このプロジェクトの目標は、しばしば単独で過剰摂取を経験している人々を、命を救うことが知られている治療法とつなぐことです。人々をより安全に保つことで、最終的に長期的な治療を受けられるようになることを願っています。」
ワシントン大学アルコール・薬物乱用研究所および米国国立科学財団が、本研究に資金を提供しました。
