Zuurstofsaturatie meten met een smartphone

Het lijkt voor de hand te liggen: veel mensen hebben een smartphone en zouden deze kunnen gebruiken om zuurstofsaturatie te meten. Het onderliggende mechanisme van camera-oximetrie met een smartphone is vergelijkbaar met pulse oximetrie met de welbekende fingertip oximeter. Een lichtbron, in dit geval de LED-flash van de smartphone, verlicht met afwisselende golflengtes de geperfundeerde weefsels met een gekend lichtspectrum. De smartphonecamera fungeert als detector en onderscheidt de fotonen die door het weefsel passeren en niet worden geabsorbeerd of verspreid [figuur 1].12

Figuur 1 | Typische opstelling voor contactfoto-plethysmografe. De vinger wordt op de camera van de smartphone geplaatst en belicht door het ingebouwde LED-lampje. Fotonen met een langere optische weglengte (A) worden sterker afgezwakt dan fotonen met een kortere optische weglengte (B).

Onderzoeksmethode

Bij ons onderzoek hanteerden wij de PICO-methode:

Op 8 april 2020 voerden we de volgende zoekopdracht uit in PubMed: (“Oximetry”[Mesh] OR “Blood Gas Monitoring, Transcutaneous”[Mesh]) AND (“Telemedicine”[Mesh] OR “Smartphone”[Mesh] OR “Telephone”[Mesh]).

We includeerden onderzoeken over saturatiemeting door middel van smartphoneapplicaties met controlemeldingen aan de hand van een fingertip oximeter of arteriële bloedgaswaarden. We excludeerden artikelen als de volledige tekst ontbrak, wanneer de smartphone externe sensoren gebruikte of bij een andere taal dan Engels of Nederlands. De zoekopdracht resulteerde in 83 artikelen, waarvan er na het toepassen van de inclusie- en exclusiecriteria 5 artikelen overbleven.34567

Daarnaast vonden we een expert opinion van Tarassenko en Greenhalgh van het Oxford COVID-19 Evidence Service Team op de website van het Centre for Evidence-Based Medicine.2

Resultaten

Tayfur et al. maten de saturatie van 101 volwassen patiënten op de spoedeisende hulp.3 Ze vergeleken hierbij de metingen van de Samsung Health Application (Galaxy S8) met arteriële bloedgaswaarden. Hun onderzoek toonde bij saturaties hoger dan 93% een goede correlatie aan tussen een saturatiemeting met de smartphone en arteriële bloedgaswaarden. Bij saturaties lager dan 93% waren er echter opvallende verschillen tussen de saturatiemeting met de smartphone en arteriële bloedgaswaarden [figuur 2]. De betrouwbaarheid van de app was dus laag bij lage saturaties.

Figuur 2 | De Bland-Altman plots voor de verschillen in saturatiemetingen tussen de smartphone en het ABG-toestel.

Tomlinson et al. voerden een klinische trial uit bij 81 gezonde kinderen.4 Zij vergeleken de zuurstofsaturatiemeting van een smartphoneapp die alleen de interne hardware (camera) gebruikt met een smartphoneapp die externe hardware gebruikt (een saturatiemeter die kan worden aangesloten). De camera-based app bleek volgens de auteurs niet inferieur aan de externe hardware. Er zaten echter alleen kinderen met een saturatie boven de 97% in de trial.

Alexander et al. concludeerden in hun klinische trial met 100 gezonde deelnemers een gebrek aan correlatie tussen de saturatiemeting met de smartphoneapplicatie en de fingertip oximeter (intrabeoordelaarsbetrouwbaarheid tussen de 0,188 en 0,239).5 Ze wijzen op mogelijk gevaar voor de patiënt bij het gebruik van deze applicaties. Het dramatische scenario zou zich kunnen voltrekken dat een patiënt met een gedaalde saturatie met zijn smartphone een foutnormale waarde meet en daardoor geen verdere actie onderneemt.

Door nieuwe technologieën probeert men de betrouwbaarheid van saturatiemeting met een smartphoneapplicatie te vergroten. Zo voerden Ding et al. een klinische trial uit met 39 gezonde deelnemers.6 Ze bepaalden de saturatie via convolutionele neurale netwerken in smartphones met een medische pulse oximeter als controle. Zij concludeerden dat de onderzochte technologie betrouwbaar zou zijn, maar dat vervolg-onderzoek nodig is om de bruikbaarheid vast te stellen.

Scully et al. deden een klinische trial met een onbekend aantal deelnemers, waarbij ze saturatiemeting met een smartphone op basis van de blauw/rood-ratio vergeleken met een medische pulse oximeter.7 De smartphone was accuraat bij het meten van saturatiefluctuaties. Of de exacte saturatie betrouwbaar kan worden gemeten moet nog verder worden onderzocht.

De experts van de Universiteit van Oxford bespreken het belangrijkste technische probleem bij smartphones.2 Saturatiemeting met een smartphone werkt evenals een fingertip oximeter met een lichtbron met alternerende golflengte. De tekortkoming van een smartphone is dat de ingebouwde camera het verschil in golflengte van de reflectie niet nauwkeurig kan onderscheiden. Dit maakt betrouwbare metingen momenteel onmogelijk. Zie voor een overzicht ook de [evidentietabel].

Kanttekeningen

De onderzoekers van de geselecteerde artikelen zijn over het algemeen optimistisch over het concept, met uitzondering van Alexander et al.5 De gevonden onderzoeken bevatten echter diverse methodologische tekortkomingen. De onderzoekspopulatie bestond veelal uit gezonde personen, terwijl accurate saturatiemeting juist belangrijk is bij mensen met respiratoire klachten.346 Verscheidene onderzoeken wijzen daarom op de noodzaak van verder onderzoek.367

Het onderzoek van Tayfur et al. betrof wel patiënten die zich op de spoedafdeling presenteerden. Zij includeerden daardoor ook patiënten die een lagere saturatie hadden dan normaal (gemiddeld so2 met ABG 94,02%; SD 3,738).3

Bij de onderzoeken van Ding et al. en Scully et al. is er risico op confirmation bias.67 Hoewel de onderzoekers een grote expertise op dit gebied hebben, hebben zij mogelijk ook belang bij het welslagen van het concept van saturatiemetingen met smartphoneapplicaties, omdat zijzelf gezondheidsapps ontwikkelen.

De experts van het Oxford COVID-19-team stellen vast dat er methodologische fouten zitten in de onderzoeken van Tayfur en Tomlinson.2 Zij zijn daarom minder optimistisch over de huidige toepassingen van de smartphone. Bij het onderzoek van Tayfur et al. stellen de experts als voornaamste probleem dat de gebruikte opstelling accurate metingen onmogelijk maakt: de Samsung Galaxy S8 gebruikt namelijk een LED waarvan de golflengte niet kan wisselen. Licht met wisselende golflengte vormt echter de basis voor saturatiemeting. Verder noemen ook de experts de eerder vermelde afwijkende saturatiemetingen bij lagere saturaties.23 Bij het onderzoek van Tomlinson et al. is de gebruikte maat voor accuraatheid onduidelijk. De auteurs stellen dat de Digidoc app binnen een saturatiebereik van 90 tot 100% kan meten met een accuraatheid van 0 tot 4 ‘RSM’ in vergelijking met een pulse oximeter.4 Tarassenko en Greenhalgh veronderstellen dat een RMSE (root-mean-square error) van 4% wordt bedoeld. Dit zou betekenen dat bij een saturatie van 95% de Digidoc app waarden zou weergeven die variëren van 91 tot 99%. De Digidoc app is daarom niet betrouwbaar.2

Conclusie

Smartphoneapplicaties zijn op dit moment nog niet geschikt om zuurstofsaturatie te meten. Er is geen commercieel verkrijgbare applicatie voor smartphones die zonder externe sensor op een betrouwbare manier zuurstofsaturatie kan vaststellen. Vooral bij lage zuurstofsaturatie blijken de apps onbetrouwbaar. Het is aan te raden deze applicaties, zonder een externe sensor, niet te promoten bij patiënten als een betrouwbare meetmethode.