Image: Shuai XuInfrared camera footage shows a child scratching while wearing an ADAM sensor. The outputs of the sensors are shown as the child scratches.
有多痒痒？这是医生经常问湿疹和其他引起瘙痒疾病患者的问题，但这个答案是非常主观的，很难量化；就像被要求用表情符号面部疼痛量表来评估一个人的疼痛一样。
近日，研究人员在《科学进步（Science Advances）》杂志上报道了一种可穿戴传感器，它可以精确地量化人的抓挠程度。只需戴在手背上，这个小玩意儿即可利用运动和振动传感来感知手的活动。然后，机器学习算法将运动识别为抓挠或其他非抓挠手部运动。
西北大学皮肤病学家和生物医学工程师Shuai（Steve）Xu说：“将抓挠作为一种客观的方法来衡量瘙痒的能力在各种医疗条件下都非常重要。”瘙痒不仅是湿疹和其他皮肤疾病的主要症状，也是肝病、肾病和某些癌症的主要症状。
“事实上，瘙痒是降低这些患者生活质量的主要症状之一，”Xu说，他与西北大学的John Rogers共同开发了这种设备。痒是非常痛苦的，”他说。
测量和量化瘙痒可以改善这些患者的医疗状况。例如，它将给医生和病人一个更客观的方法来确定药物是否有效。这对于小孩子来说尤其如此 —— 他们可能无法清楚地表达他们的身体是如何随着时间的推移而变化的。
这种装置还可以通过向制药公司和监管机构提供客观数据来显示药物是否有效，从而改善临床试验。“制药公司正在开发许多治疗湿疹的新药。他们需要什么？他们需要客观的终点来证明他们的药物有效，最重要的是瘙痒的量化，”Xu说。
研究人员尝试使用标准加速计配合机器学习来监测抓挠，Nestle Skin Health公司和Maruho甚至为Apple Watch开发了一款名为“瘙痒跟踪器（Itch Tracker）”的应用程序。但是这些设备很难捕捉到只有手指在移动而没有手腕运动的抓痕，Xu说。
为了改进现有的设备，西北大学的研究小组开发了一种软而灵活的传感器，可以捕捉运动和高频（1600hz）声机械信号。“这些信号是由手的运动和指尖接触皮肤引起的振动产生的。它可以帮助我们不用麦克风就能捕捉到抓挠的声音，”Xu如此表示。
西北大学的研究人员在一年多前进行了一项研究，将传感器放置在胸部以捕捉吞咽、呼吸和心脏活动的信号后，首次报道了这种传感器 —— 它很成功，作为一名皮肤科医生，Xu自然想把它应用到皮肤抓挠上。
为了使设备适应抓痕，研究小组训练了一种学习算法——random forest classifier——来正确识别抓痕。这项训练包括了10名成年人用手上的传感器抓挠身体的不同部位。“我们做了很多工作来了解抓痕产生的频段，以及抓痕与挥手、打字和发短信的区别”，Xu表示。
研究小组随后在11名湿疹儿童身上测试了传感器的准确性。孩子们在家里睡了三个星期，把传感器戴在手背上。家长们在床边放了一台红外摄像机，隔夜给孩子们录了下来。
然后，研究小组对这些孩子近400小时的睡眠录像进行了目视检查，并将其与传感器的时间同步数据进行了比较，以了解算法的工作情况。根据他们的报告，数据显示灵敏度为84.3%，准确率为99.3%。
Xu说，他正在进行后续的研究，使用两个传感器，一个在手上，一个在胸部，来测量睡眠和抓挠情况。他希望这项研究能帮助他更好地理解抓挠对深度睡眠的影响。Xu说，诺华和辉瑞在财务上支持西北大学在传感器方面的工作，他的衍生公司Sibel Health正在“与几家制药公司合作，将传感器作为其临床试验的一部分。”不过，他还不能透露哪些公司正在使用它。
