Evaluation of a piezoelectric pulse wave analysis system for noninvasive carotid plaque screening in a field study against Doppler ultrasonography

हर साल, दुनिया भर में लाखों लोग स्ट्रोक से पीड़ित होते हैं, जिनमें से कई मस्तिष्क तक रक्त ले जाने वाली धमनियों में रुकावट के कारण होते हैं। इस खतरे का एक प्रमुख चेतावनी संकेत गर्दन की कैरोटिड धमनियों के भीतर वसायुक्त जमाव, जिसे प्लाक (plaque) कहा जाता है, का निर्माण है। जब ये धमनियां प्लाक के कारण संकरी या खुरदरी हो जाती हैं, तो रक्त का सुचारू प्रवाह बाधित हो जाता है, जिससे विक्षोभ (turbulence) पैदा होता है जो अंततः क्लॉट (थक्के) का कारण बन सकता है। स्ट्रोक को रोकने के लिए इस प्लाक का जल्दी पता लगाना महत्वपूर्ण है, लेकिन इसे ढूंढना वर्तमान में कई लोगों के लिए कठिन है। इन रुकावटों को देखने का मानक तरीका एक विशेष अल्ट्रासाउंड स्कैन है जिसे एक अत्यधिक प्रशिक्षित तकनीशियन द्वारा किया जाता है। इस पद्धति के लिए महंगी मशीनों और शांत, समर्पित कमरों की आवश्यकता होती है, जिससे यह ग्रामीण क्लीनिकों या दूरदराज के समुदायों में, जहां इसकी आवश्यकता अक्सर सबसे अधिक होती है, काफी हद तक अनुपलब्ध हो जाता है।

इस अंतर को पाटने के लिए, शोधकर्ता एक जटिल इमेजिंग मशीन की आवश्यकता के बिना रक्त प्रवाह को सुनने के तरीकों की खोज कर रहे हैं। इस विचार के पीछे का भौतिक विज्ञान सीधा है: जब स्वस्थ धमनी के माध्यम से रक्त सुचारू रूप से बहता है, तो यह त्वचा की सतह पर एक स्थिर, लयबद्ध कंपन (vibration) पैदा करता है। जब प्लाक मौजूद होता है, तो यह प्रवाह को बाधित करता है, जिससे कंपन अनियमित और अराजक हो जाता है। यदि एक सरल सेंसर इन सूक्ष्म कंपन परिवर्तनों का पता लगा सके और एक कंप्यूटर यह पहचानना सीख सके कि एक स्वस्थ लय और एक बाधित लय के बीच क्या अंतर है, तो यह लगभग किसी भी सेटिंग में तेजी से और सस्ते में स्ट्रोक के जोखिम की जांच करने का एक तरीका हो सकता है।

थाईलैंड में शोधकर्ताओं की एक टीम ने, एक चिकित्सा उपकरण बनाने वाली कंपनी के साथ मिलकर, हाल ही में एक नए सिस्टम का परीक्षण किया जिसे ठीक ऐसा ही करने के लिए डिज़ाइन किया गया है। उन्होंने SKAI-TOUCH नामक एक पोर्टेबल डिवाइस का मूल्यांकन किया, जो कैरोटिड धमनी की पल्स को महसूस करने के लिए एक छोटे, पीज़ोइलेक्ट्रिक (piezoelectric) सेंसर का उपयोग करता है। एक पारंपरिक डॉपलर अल्ट्रासाउंड प्रोब के विपरीत, जो रक्त की छवियों को बनाने के लिए ध्वनि तरंगों को परावर्तित करता है, यह उपकरण एक अत्यधिक संवेदनशील स्पर्श सेंसर की तरह कार्य करता है। यह सीधे त्वचा पर टिका होता है और धमनी की दीवार की सूक्ष्म यांत्रिक गतिविधियों को विद्युत संकेत में बदल देता है। शोधकर्ता यह देखना चाहते थे कि क्या यह सरल स्पर्श, एक स्मार्ट कंप्यूटर एल्गोरिदम के साथ मिलकर, अल्ट्रासाउंड स्कैन की तुलना में प्लाक की उपस्थिति को सटीक रूप से पहचान सकता है।

यह अध्ययन थाईलैंड के एक ग्रामीण प्रांत के एक प्राथमिक देखभाल अस्पताल में आयोजित किया गया था। टीम ने एक सौ वयस्कों को भर्ती किया, जो युवाओं से लेकर वरिष्ठ नागरिकों तक थे, जिनमें से कई में उच्च रक्तचाप या मधुमेह जैसी सामान्य स्वास्थ्य जोखिम थे। प्रत्येक प्रतिभागी के दो परीक्षण हुए। पहले, एक प्रमाणित तकनीशियन ने उनके गर्दन के दोनों ओर एक मानक डॉपलर अल्ट्रासाउंड मशीन का उपयोग करके स्कैन किया। इस स्कैन ने धमनियों का एक विस्तृत मानचित्र बनाया, और तकनीशियनों ने प्लाक दृश्यमान होने के आधार पर प्रत्येक तरफ एक स्कोर दिया। शून्य का स्कोर मतलब कोई प्लाक नहीं था, जबकि शून्य से अधिक का कोई भी स्कोर ब्लॉकेज की उपस्थिति को दर्शाता था। यह अल्ट्रासाउंड परिणाम "पूर्ण सत्य" (absolute truth) के रूप में कार्य करता था जिसके विरुद्ध नए उपकरण को मापा जाना था।

अल्ट्रासाउंड के तुरंत बाद, प्रशिक्षित ऑपरेटरों ने उन्हीं प्रतिभागियों पर SKAI-TOUCH डिवाइस का उपयोग किया। ऑपरेटर ने बस व्यक्ति के शांत बैठने के दौरान कैरोटिड धमनी के ऊपर त्वचा पर छोटा सेंसर रखा। डिवाइस ने प्रत्येक तरफ के पल्स वेव को तीस सेकंड के लिए रिकॉर्ड किया, जिसमें रक्त प्रवाह के यांत्रिक कंपनों को कैप्चर किया गया। इन कच्चे संकेतों (raw signals) को फिर एक कंप्यूटर पर भेजा गया जो डीप-लर्निंग मॉडल चला रहा था, जो डेटा में पैटर्न खोजने के लिए डिज़ाइन किया गया एक प्रकार का आर्टिफिशियल इंटेलिजेंस है। कंप्यूटर ने कंपन के आकार और आवृत्ति का विश्लेषण किया, और उन विशिष्ट हस्ताक्षरों (signatures) की तलाश की जो प्लाक-प्रेरित विक्षोभ का संकेत देते हैं। सिस्टम ने फिर एक सरल भविष्यवाणी की: क्या प्लाक मौजूद था, या धमनी साफ थी?

इन तुलनाओं के परिणाम आश्चर्यजनक थे। जब शोधकर्ताओं ने परीक्षण की गई दो सौ धमनियों के डेटा का विश्लेषण किया, तो नए सिस्टम ने उल्लेखनीय सटीकता के साथ प्रदर्शन किया। जहाँ अल्ट्रासाउंड ने पुष्टि की थी कि प्लाक मौजूद है, वहाँ इसने नब्बे प्रतिशत से अधिक मामलों में सही ढंग से पहचान की। इससे भी महत्वपूर्ण बात यह है कि इसने स्वस्थ धमनियों में प्लाक की अनुपस्थिति को भी नब्बे प्रतिशत से अधिक मामलों में सही ढंग से पहचाना। इसका अर्थ है कि डिवाइस ने खतरनाक ब्लॉकेज को शायद ही कभी छोड़ा और स्वस्थ धमनी को शायद ही कभी खतरनाक बताया। बीमारी को खारिज करने की सिस्टम की क्षमता विशेष रूप से मजबूत थी, जिसका नेगेटिव प्रेडिक्टिव वैल्यू (negative predictive value) नब्बे प्रतिशत से अधिक था। व्यावहारिक शब्दों में, यदि यह डिवाइस कहता है कि धमनी साफ है, तो इसकी पूरी संभावना है कि वह वास्तव में साफ है।

शोधकर्ताओं ने यह भी जांचा कि डिवाइस अन्य तरीकों की तुलना में कैसा प्रदर्शन करता है जिनका उपयोग डॉक्टर जोखिम का अनुमान लगाने के लिए अल्ट्रासाउंड डेटा के माध्यम से करते हैं। उन्होंने रक्त प्रवाह की गति और धमनी की दीवार की मोटाई जैसे पारंपरिक मापों को देखा, जिनका उपयोग अक्सर प्लाक की गंभीरता का अनुमान लगाने के लिए किया जाता है। इस विशिष्ट समूह के लोगों में, वे पारंपरिक माप स्वस्थ और रोगग्रस्त धमनियों के बीच अंतर करने में बहुत प्रभावी नहीं थे, जिनकी सटीकता दर पचास प्रतिशत या उससे कम रही। यह सुझाव देता है कि केवल गति या मोटाई को मापना शुरुआती चरणों की समस्याओं को पकड़ने के लिए पर्याप्त नहीं है। इसके विपरीत, SKAI-TOUCH सिस्टम ने, पल्स वेव के जटिल पैटर्न का विश्लेषण करके, नब्बे और आधे प्रतिशत की समग्र सटीकता प्राप्त की।

यह अध्ययन इस बात पर प्रकाश डालता है कि हम स्ट्रोक की रोकथाम के प्रति अपने दृष्टिकोण में कैसे एक महत्वपूर्ण बदलाव ला सकते हैं। यह डिवाइस विस्तृत अल्ट्रासाउंड स्कैन का स्थान नहीं लेता है, जो पूर्ण निदान और उपचार की योजना बनाने के लिए अभी भी आवश्यक है। इसके बजाय, यह रोगियों के छंटनी (triage) के लिए एक शक्तिशाली तरीका प्रदान करता है। क्योंकि यह उपकरण छोटा, किफायती है और इसके लिए जेल या कुशल सोनोग्राफर की आवश्यकता नहीं है, इसलिए इसका उपयोग ग्राम स्वास्थ्य केंद्रों या मोबाइल मेडिकल टीमों द्वारा किया जा सकता है। यह एक सामुदायिक स्वास्थ्य कार्यकर्ता को बड़ी संख्या में लोगों की त्वरित जांच करने और उन कुछ लोगों की पहचान करने की अनुमति देता है जिन्हें वास्तव में पुष्टिकरण स्कैन के लिए अस्पताल जाने की आवश्यकता है। यह समय और संसाधनों को बचा सकता है और यह सुनिश्चित कर सकता है कि उच्च जोखिम वाले व्यक्तियों को स्ट्रोक आने से पहले ही खोज लिया जाए।

हालाँकि, शोधकर्ता सावधानीपूर्वक नोट करते हैं कि यह एक आशाजनक पहला कदम है, अंतिम समाधान नहीं। यह अध्ययन एक ही स्थान पर एक विशिष्ट समूह के साथ किया गया था, और डिवाइस का परीक्षण केवल अल्ट्रासाउंड के विरुद्ध किया गया था, न कि अधिक उन्नत इमेजिंग जैसे सीटी स्कैन के विरुद्ध। वर्तमान संस्करण का सिस्टम यह बता सकता है कि प्लाक मौजूद है या नहीं, लेकिन यह अभी तक यह नहीं माप सकता कि ब्लॉकेज वास्तव में कितना गंभीर है या क्या कोई विशिष्ट प्लाक फटने की संभावना रखता है। टीम विभिन्न आबादी में डिवाइस का परीक्षण करने और अलग-अलग शरीर के प्रकारों और गर्दन के आकार को संभालने के लिए कंप्यूटर मॉडल को परिष्कृत करने की योजना बना रही है। फिलहाल, निष्कर्ष बताते हैं कि एक साधारण सेंसर और एक स्मार्ट कंप्यूटर के साथ पल्स को सुनना, उन स्थानों तक स्ट्रोक स्क्रीनिंग लाने का एक व्यवहार्य मार्ग है जहाँ इसकी सबसे अधिक आवश्यकता है।