Αντικείμενο και Στόχοι Έργου
Ως Σύνδρομο Αιφνίδιου Βρεφικού Θανάτου (Sudden Infant Death Syndrome/SIDS) ορίζεται ως ο ξαφνικός, απροσδόκητος και ανεξήγητος θάνατος βρεφών ηλικίας μικρότερης του ενός έτους. Ο αιφνίδιος θάνατος συμβαίνει χωρίς προφανή αιτία και κανένα απολύτως προειδοποιητικό σημάδι, συνήθως την ώρα που το μωρό κοιμάται. Οι περισσότερες περιπτώσεις συμβαίνουν σε παιδιά μικρότερα των 6 μηνών και κυρίως μεταξύ 1 και 4 μηνών. Επηρεάζει λίγο περισσότερο τα αγόρια παρά τα κορίτσια. Το 2017, συνέβησαν 3.600 sudden unexpected infant deaths (SUID) στις ΗΠΑ. Ωστόσο, η έρευνα έδειξε ότι υπάρχουν προληπτικά μέτρα που μειώνουν σημαντικά τον σχετικό στατιστικό κίνδυνο. Μετά από χρόνια έρευνας, η επιστημονική κοινότητα φαίνεται να έχει καταλήξει σε συναίνεση σχετικά με τα πράγματα τα οποία αυξάνουν τον κίνδυνο ενός νεογνού να πεθάνει από το SIDS. Η συναίνεση αυτή συμπυκνώνεται σε σειρά κατευθυντήριων οδηγιών που εκδίδει τακτικά η παγκόσμια παιδιατρική κοινότητα.
Στο παρελθόν, οι εκστρατείες ευαισθητοποίησης του κοινού που βασίστηκαν σε κάποιες από αυτές τις κατευθυντήριες γραμμές έχουν θεωρηθεί ότι έχουν άμεση αιτιώδη συνάφεια με τις αντίστοιχες μειώσεις θνησιμότητας που καταγράφονται κατά τη διάρκεια ή λίγο μετά την περίοδο της εκστρατείας.
Ο κύριος στόχος του έργου είναι η ανάπτυξη μιας πρωτότυπης συσκευής που θα μπορεί να παρακολουθεί το μωρό μέσω κάμερας. Εφαρμόζοντας τεχνικές Υπολογιστικής Όρασης και Μηχανικής Μάθησης στη ροή του βίντεο μπορεί να παρακολουθεί τις παραμέτρους ύπνου (στάση σώματος, θέση πιπίλας, αναπνευστική λειτουργία). Ο προτεινόμενος μηχανισμός παρακολούθησης της συμμόρφωσης με τις κατευθυντήριες οδηγίες για τη μείωση της εμφάνισης του Συνδρόμου Αιφνίδιου Βρεφικού Θανάτου σχεδιάστηκε βάσει των υποδείξεων της American Academy of Pediatrics σχετικά με τις συνθήκες που επηρεάζουν την εμφάνιση του συνδρόμου στα βρέφη και τις οδηγίες αντιμετώπισής τους από τους γονείς. Μέσω της εφαρμογής τεχνικών Υπολογιστικής Όρασης (Computer Vision) και Μηχανικής Μάθησης (Machine Learning) η εν λόγω συσκευή θα μπορεί να παρακολουθεί παραμέτρους ύπνου (στάση σώματος, θέση πιπίλας, ύπαρξη αναπνευστικής λειτουργίας κλπ). Η βασική καινοτομία του έργου έγκειται στο γεγονός ότι είναι σχεδιασμένο με τέτοιο τρόπο ώστε να μη τοποθετείται κάποιος μηχανισμός στο σώμα του βρέφους, κάτι το οποίο εγκυμονεί κινδύνους για το ίδιο το βρέφος αλλά και για το μηχανισμό, αλλά το παρακολουθεί μέσω συσκευής τοποθετημένης πάνω από το χώρο ύπνου του παιδιού, σε κοντινή απόσταση. Όταν το βρέφος τοποθετηθεί στο κρεβάτι του, η κάμερα της συσκευής θα ξεκινήσει να ανιχνεύει τις διάφορες παραμέτρους που σχετίζονται με την εμφάνιση του συνδρόμου. Η κάμερα τοποθετείται πάνω από την κούνια του μωρού σε κοντινή απόσταση (~1m).
Ανίχνευση Στάσης Σώματος: Με χρήση τεχνικών Face Landmark Detection για τον υπολογισμό της σχετικής γωνίας του προσώπου προς την κάμερα, πραγματοποιείται ανίχνευση στάσης σώματος του μωρού, προκειμένου αυτή να διατηρείται ύπτια καθ’ όλη τη διάρκεια του ύπνου.
Ανίχνευση Πιπίλας: Η συσκευή, μέσω της κάμερας συνάγει εάν η πιπίλα βρίσκεται στο οπτικό της πεδίο (με τεχνικές object/feature recognition) και εάν κάθε χρονική στιγμή το βρέφος κάνει χρήση της πιπίλας του (με τεχνικές face recognition/facial feature detection).
Ανίχνευση Κίνησης: Η λειτουργία αυτή παρέχει ασφαλή ένδειξη για ενδεχόμενη διακοπή αναπνευστικής λειτουργίας, η οποία, σε συνδυασμό με αλγόριθμο χρονοκαθυστέρησης ή/και τεχνικές anomaly detection θα μπορεί να παράγει συναγερμό σε περίπτωση διακοπής (ώστε να δοθεί η δυνατότητα άμεσης αντιμετώπισης από τους κηδεμόνες) με αποδεκτά χαμηλό false positive rate.
Παρακολούθηση Θερμοκρασίας Δωματίου: Η συσκευή θα παρέχει τη δυνατότητα μέτρησης της θερμοκρασίας του δωματίου του βρέφους και ενημέρωσης του κηδεμόνα εάν αυτή πάρει μη αποδεκτές τιμές.
Μεθοδολογία και Υλοποίηση του Έργου
Η μεθοδολογία του προτεινόμενου έργου βασίζεται σε 3 κύριους άξονες. Η Α΄ Παιδιατρική Κλινική συμμετέχει στον 3ο άξονα.
3ος Άξονας: Κλινική Αξιολόγηση
Για τη διασφάλιση της επιτυχούς λειτουργικότητας, την επιβεβαίωση της χρηστικότητας σε πραγματικές συνθήκες και τη συλλογή πιλοτικών δεδομένων, στα πλαίσια της υλοποίησης του προτεινόμενου έργου θα λάβει χώρα μικρής κλίμακας κλινική πιλοτική δοκιμή. Η κλινική δοκιμή, η οποία σχεδιάζεται να ξεκινήσει αμέσως μόλις είναι διαθέσιμη η πρώτη έκδοση της συσκευής, ώστε να είναι δυνατή η τροφοδότηση της διαδικασίας τελειοποίησης των αλγορίθμων με πραγματικά δεδομένα το νωρίτερο δυνατό, θα λάβει χώρα στους χώρους της ΑΠΚ-ΕΚΠΑ, υπό την καθοδήγηση και επίβλεψη του οικείου ιατρικού και νοσηλευτικού προσωπικού, με την ελεύθερη συναίνεση και την ενεργή συμμετοχή των γονέων. Η κοορτη στόχος αποτελείται από βρέφη ηλικίας έως 12 μηνών, για τα οποία το θεραπευτικό πρωτόκολλο νοσηλείας τους δεν περιλαμβάνει την ύπαρξη συνδεδεμένων με το σώμα και την κεφαλή παρεμβατικών συσκευών που ενδέχεται να έχουν παρενέργειες στη διαδικασία οπτικής αναγνώρισης και παρακολούθησης των χαρακτηριστικών ενδιαφέροντος του έργου. Αφού εξασφαλιστεί η συναίνεση των κηδεμόνων, θα εγκαθίσταται η πρωτότυπη συσκευή στο κρεβάτι του βρέφους και θα συλλέγει δεδομένα καθ’όλη τη διάρκεια της παραμονής. Κατά τη διάρκεια της παραμονής θα προγραμματίζονται ολιγόωρες συγκεκριμένες συνεδρίες παρακολούθησης κατά τις οποίες θα καταγράφονται από εξειδικευμένο προσωπικό ή από τους γονείς τα γεγονότα που εμπίπτουν στο πεδίο εφαρμογής της συσκευής και οι καταγραφές αυτές θα συγκρίνονται με τα αντίστοιχα αποτελεσματικά δεδομένα των αλγορίθμων. Ειδική οθόνη ελέγχου (dashboard) θα είναι εγκατεστημένη στους χώρους του ιατρικού/νοσηλευτικού προσωπικού ώστε να υπάρχει διαθέσιμη μια συνεχής ροή των παραμέτρων και των ειδοποιήσεων που θα παράγονται από το σύστημα. Τακτικά (σε καθημερινή βάση) θα εκτιμάται η ακρίβεια των υλοποιημένων μεθόδων/μοντέλων και θα εφαρμόζονται διορθώσεις κατά το αναγκαίο.