Development and Evaluation of a Smartphone Camera Method for Transcutaneous Bilirubin Measurements

Abstract

Introduktion Neonatal hyperbilirubinæmi er en persisterende problemstilling verden over. Denne tilstand kan i værste tilfælde forårsage kernikterus og giver derfor anledning til utallige genindlæggelser. Heldigvis kan neonatal ikterus behandles, hvorfor et nemt og tilgængeligt redskab, som gør det muligt for forældre selv at screene og monitorere for forhøjede bilirubin værdier i hjemmet, er fordelagtig. Desværre er sådan et redskab endnu ikke tilgængeligt. Smartphones bliver brugt af 1.6 billioner mennesker verden over og samtidig er der tale om eksponentiel vækst indenfor teknologien. Derfor er dette område en oplagt mulighed for at udvikle et sådan redskab. Dette studie har til formål at undersøge, om det indbyggede kamera i en smartphone er et valid redskab til måling og monitorering af neonatal ikterus, således at dette kan være medvirkende til, at genindlæggelser og unødvendig smerte og bekymring, hos børnene og deres forældre, kan reduceres. Metode I alt blev 49 nyfødte kaukasiere tilfældigt udvalgt til studiet. Disse var alle indlagt på Aalborg Universitetshospital i perioden fra 15. juli til den 3. december 2015. Vi undersøgte tre metoder med en iPhone 6. Ved den første metode brugte vi udelukkende kameraet til at påføre et moderat tryk på panden af de nyfødte, mens vi optog en video eller tog et billede. Ved den anden metode anvendte vi en DermaLite Pro II til at påføre trykket med, og ved den sidste og tredje metode, anvendte vi et Wratten No. 11 farvefilter mellem kameraet og DermaLite Pro II. Et transkutan bilirubinometer (TcB) eller total serum bilirubin analyseret ved diazoreaktion eller via Acid Base Laboratory (ABL) test blev anvendt som referencemetode. De røde, grønne og blå (RGB) farveintensiteter af alt data blev analyseret via en udarbejdet algoritme og korreleret med deres respektive bilirubin referenceværdi. Resultater Af alle inkluderede børn var 51 % piger og den gennemsnitlige gestationsalder og fødselsvægt var henholdsvis 38 ± 2 uger og 3248 ± 694 g. Alt data var i gennemsnit indsamlet 4,5 dag efter fødslen og rangerende fra 2 til 16 dage. Værdierne for det TcB lå mellem 51 og 303 µmol/L. Der fandtes ingen signifikant korrelation mellem metode et og to og bilirubin referenceværdierne, hvad enten målingerne var sammenlignet med total serum bilirubin eller bilirubinometeret. Pearson´s korrelations koefficient mellem RGB intensiteter og TcB var 0,05 og -0,38 for den røde kanal, -0,03 og -0,05 for den grønne kanal og -0,11 og 0,01 for den blå kanal i henholdsvis metode 1 og 2. I metode to observeredes der en mindre sammenhæng mellem den røde kanals intensiteter og TcB (r = -0.38), men den var dog ikke signifikant (p = 0.12), og den var desuden baseret på få målinger (n=18). Dog, var der en signifikant negativ Pearson´s korrelations koefficient mellem den blå kanal i metode tre og bilirubin på 0,61 (p = 0,015) med en variationskoefficient på 22,5 %. Konklusion Dette studie viser tvetydige resultater. Metode tre indikerer dog et ”proof of concept”, som teoretisk kan verificeres grundet den blå farves komplementaritet til den gullig-orange farve, som visuelt kan observeres i barnets hud ved neonatal ikterus. Derfor kan man forestille sig, at en kombination af standardiseret lys, jævnt tryk og et filter som ekskluderer refleksionen fra hæmoglobin, samt yderligere forbedringer og studier, kan gøre metoden så valid, at den i fremtiden kan anvendes som screening for neonatal ikterus.

Introduction Worldwide, neonatal hyperbilirubinemia remains a common cause of readmission to the healthcare system, as it may cause kernicterus at high levels. This condition is treatable, why an easy and accessible screening tool, which enables self-measurement of bilirubin, is valuable and advantageous. However, such device is not yet available. Hence, we aim to examine if the embedded camera on a smartphone can be a reliable tool in order to screen and monitor for neonatal hyperbilirubinemia. Methods A total of 49 Caucasian neonates admitted to Aalborg University Hospital were randomly selected for the study between 15th of July and the 3rd of December 2015. Three methods were evaluated using an iPhone 6 for the assessment. In the first method, we simply used the camera on the smartphone to apply moderate pressure on the glabella of each neonate while recording a video or taking a picture. Secondly, we used a Dermatoscope (DermaLite Pro II) attached to the iPhone to obtain each video. Thirdly, we applied a Wratten No. 11 Colour Filter between the DermaLite Pro II and the camera on the iPhone 6. A transcutaneous bilirubinometer (TcB) or a total serum bilirubin measurement was used as reference. The red, green and blue colour intensities of each video were analysed and correlated to the respective bilirubin reference values. Results No significant correlation between the iPhone 6 analysis and reference bilirubin levels using the first and second method was observed (Pearson´s correlation coefficient; red channel 0.05 and -0.38; green channel -0.03 and -0.05; blue channel -0.11 and 0.01). However, method three revealed a significant negative Pearson´s correlation coefficient of 0.61 (p = 0.015) between the blue channel intensities and the TcB with a coefficient of variance of 22.5 %. Conclusion The presented methods demonstrate differential results. Method three did, however, indicate a proof of concept and therefore we believe that a combination of standardised light, even pressure and a filter excluding the reflectance of haemoglobin along with further improvements and studies, can be useful in the screening process of neonatal hyperbilirubinemia.

A master thesis from Aalborg University

Development and Evaluation of a Smartphone Camera Method for Transcutaneous Bilirubin Measurements

[Kan et smartphone kamera anvendes som et redskab til transkutan bilirubin måling?]