Perspective | Racial bias is built into the design of pulse oximeters

Sospensione

Uno dei dispositivi più indispensabili per la pandemia di coronavirus è il pulsossimetro, che è attaccato al dito di una persona, fa lampeggiare una luce e restituisce il contenuto di ossigeno nel sangue. I pazienti usano i pulsossimetri a casa per monitorare le loro condizioni, mentre gli ospedali li usano per identificare e dare priorità ai pazienti COVID-19. In generale, l'ossigeno nel sangue è noto come il quinto segno vitale, insieme alla temperatura corporea, alla frequenza cardiaca, alla frequenza respiratoria e alla pressione sanguigna.

Tuttavia, i pulsossimetri non funzionano bene nelle persone con la pelle più scura. Esiste il rischio di "ipossia occulta", in cui il dispositivo afferma che i livelli di ossigeno vanno bene ma la saturazione effettiva dei pazienti è pericolosamente bassa. Recenti studi medici hanno identificato questo bias ei risultati della sovrastima dei livelli di ossigeno. Ad esempio, i pazienti ispanici e neri con coronavirus avevano quasi un quarto in più di probabilità di essere identificati come idonei al trattamento. Ottenere una lettura accurata dell'ossigeno può essere una questione di vita o di morte.

Sebbene di recente ci sia stato un maggiore interesse per questo problema, il pregiudizio razziale nei pulsossimetri non è nuovo; In effetti, è stato parte integrante dello sviluppo di questa tecnologia. Uno sguardo più da vicino alla storia degli ossimetri rivela come dare un premio all'utilità di mercato rispetto alle azioni consenta ai pregiudizi di penetrare nella medicina.

I primi pulsossimetri furono sviluppati per uso militare, non medico. Durante la seconda guerra mondiale, i piloti di caccia stavano perdendo conoscenza ad alta quota, quindi scienziati americani e tedeschi hanno sviluppato ossimetri per le loro forze aeree. Questi primi dispositivi sono entrati nelle orecchie dei piloti e li hanno avvisati quando avevano bisogno di ossigeno extra.

Hewlett-Packard (HP) ha continuato a sviluppare il saturimetro per l'assistenza sanitaria negli anni '60 e '70, con un'attenzione notevolmente liberale e trasparente sull'equità. Nel numero di ottobre 1976 del loro diario, ad esempio, HP ha riconosciuto come le letture dell'ossigeno siano influenzate dai "pigmenti della pelle e del sangue e dalle proprietà della superficie della pelle", prima di descrivere come hanno progettato il proprio dispositivo in modo che le letture dell'ossigeno siano accurate, indipendentemente dalla pelle colore. L'HP è stato anche testato su 248 pazienti neri e può essere titolato personalmente con il sangue del paziente. Il professore di medicina della Yale University Meir Krieger - che ha testato alcuni dei primi modelli dell'ossimetro HP come borsista in pneumologia presso l'Università del Colorado - ha affermato che la società "ha effettivamente preso molto sul serio il lavoro sui coloranti in un momento in cui nessun altro era ."

Ma l'ossimetro HP era ingombrante e ingombrante da usare, per non dire costoso. Costava $ 13.000 nel 1970. Il dispositivo fu quindi portato in alcuni laboratori di ricerca e ritenuto clinicamente impraticabile. HP alla fine ha smesso di produrre l'ossimetro dell'orecchio e ha smesso del tutto di produrre dispositivi medici.

Nel 1974, due aziende giapponesi fecero il passo successivo nell'ossimetria quando Nihon Kohden e Minolta inventarono indipendentemente dispositivi che misuravano i livelli di ossigeno attraverso le palpitazioni delle arterie di un paziente. È arrivato il primo pulsossimetro, con entrambe le società che hanno depositato i brevetti entro un mese l'una dall'altra.

Sebbene l'ingegnere elettrico Takuo Aoyagi abbia vinto questa gara di brevetto per Nihon Kohden, l'azienda non ha perseguito il dispositivo perché era solo un progetto collaterale per loro. "Oyagi ha realizzato un prototipo, ma non c'era molto interesse a svilupparlo ulteriormente", ha spiegato in un'intervista Katsuyuki Miyasaka - un anestesista della Saint Luke's International University e uno stretto collega di Oyagi.

Minolta ha continuato a funzionare e nel 1977 ha rilasciato OXIMET-Met-1471, probabilmente il primo ossimetro da dito mai sviluppato. Con i cavi in ​​fibra ottica che inviano luce da e verso la clip, il dispositivo era tecnologicamente avanzato ma, come HP, non era clinicamente pratico. Era troppo sensibile ai movimenti, troppo pesante da usare sui pazienti e spesso sovrastimava i livelli di ossigeno nei pazienti molto malati, sebbene fosse abbastanza accurato per il resto. Miyasaka ha affermato che il dispositivo non è stato testato su nessuno di colore perché in un paese etnicamente omogeneo come il Giappone, "il colore della pelle potrebbe non essere un problema".

Frustrato dalla mancanza di successo a casa (sono stati venduti solo 200 dispositivi), Minolta ha tentato di commercializzare il pulsossimetro negli Stati Uniti e ha distribuito il dispositivo a diversi ospedali americani per la valutazione. William New, un ingegnere elettrico ed ex anestesista HP presso la Stanford University, venne presto a conoscenza del Minolta e ne vide i difetti, ma anche il grande potenziale.

New e altri due colleghi fondarono Nellcor e nel 1981 lanciarono il proprio pulsossimetro: l'N-100. Il dispositivo è progettato per essere clinicamente funzionale. Con l'illuminazione a LED e un sensore flessibile simile alla carta, l'ossimetro Nellcor era monouso e in gran parte non influenzato dai movimenti. Una delle caratteristiche più comuni del dispositivo era il modo in cui i suoi toni cambiavano in base alla saturazione di ossigeno del paziente, consentendo una facile identificazione dei bassi livelli di ossigeno.

Il tempismo di Nelkor è stato molto fortunato. Le luci a LED sono diventate sempre più disponibili all'inizio degli anni '80, proprio mentre una serie di cause legali per negligenza sono state intentate contro anestesisti che stavano combattendo i livelli di ossigeno durante l'intervento chirurgico. Come ha recentemente scritto il CEO di Nihon Kohden, Nihon Kohden, Nellcor "è coinvolto nell'ondata di innovazione tecnologica e cambiamenti del mercato in questo momento". L'N-100 ha dominato il mercato, "vendendo come torte calde", secondo Miyasaka. In effetti, un anestesista canadese ha descritto come "Nellcor" e "pulsossimetria" sono diventati sinonimi.

Ma il dispositivo di Nellcore non era giusto. L'azienda è stata così concentrata sullo sviluppo di un pulsossimetro di facile utilizzo e clinicamente pratico da trascurare i pregiudizi razziali incorporati nei loro dispositivi. Nel 1987, Kryger ha confrontato l'N-100 con un ossimetro HP e ha scoperto che il dispositivo Nellcor non era preciso o reattivo come quello di HP.

Il pregiudizio razziale, ovviamente, non è esclusivo di Nellcor: la maggior parte dei pulsossimetri sono stati calibrati solo su individui di carnagione chiara. E non basta dire che la comunità medica non sapeva niente di meglio: avevano capito da tempo come il colore della pelle gialla dall'ittero, il blu dalla sepsi e il normale colore della pelle diverso dal bianco possono portare a un "effetto pigmentazione", ha detto Miyasaka, "ma pensavano che fosse statisticamente o empiricamente, puoi trascurarlo." La presunta innocenza del design parziale continua a giustificarne l'esistenza.

L'HP dei primi anni '70 era l'eccezione che conferma la regola. Sebbene il loro ossimetro fosse pesante e clinicamente poco pratico, era un modello di inclusività perché gli ingegneri HP consideravano la rimozione dei bias una priorità. Il pregiudizio razziale nei pulsossimetri, o in qualsiasi dispositivo medico, non è mai inevitabile. L'equità richiede intenzione.

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