Dokładniejsze rozwiązania bezprzewodowego pomiaru odległości

Bezprzewodowy pomiar odległości może być kluczowym czynnikiem ułatwiającym zautomatyzowane śledzenie kontaktów i może pomóc w identyfikacji oraz analizie ognisk chorób zakaźnych takich jak COVID-19, które przenoszone są przez bliski kontakt. Konwencjonalne metody pomiaru odległości za pomocą technologii Bluetooth Low Energy (BLE) mogą teoretycznie dostarczać dokładne dane, ale w praktyce ograniczenia transmisji sygnału o częstotliwościach radiowych (RF) mogą mieć wpływ na ich dokładność. Wraz z rosnącym zapotrzebowaniem na skuteczniejsze metody, które pomogą powstrzymać rozprzestrzenianie się COVID-19, deweloperzy poszukują alternatyw, które zapewnią maksymalną dokładność, jednocześnie biorąc pod uwagę koszty i prostotę wdrożenia.

Wychodząc naprzeciw tym potrzebom, firma Dialog Semiconductor opracowała rozwiązanie programowe, które wykorzystuje obecnie dostępną i wdrożoną technologię oraz infrastrukturę BLE. Po wdrożeniu w postaci uaktualnienia oprogramowania urządzeń BLE z układami typu system-on-chip (SoC), rozwiązanie to umożliwia bardziej precyzyjny pomiar odległości, zbliżony do pomiaru radarowego.

W niniejszym artykule opisano jak działa śledzenie kontaktów. Zaprezentowano również urządzenia Bluetooth i towarzyszące im oprogramowanie firmy Dialog Semiconductor, które oferują dokładniejsze rozwiązanie wdrożenia funkcji dokładnego pomiaru odległości wymaganego do śledzenia kontaktów i innych zastosowań wykrywania bliskości.

Dlaczego śledzenie kontaktów jest kluczowe, by powstrzymać COVID-19

Ograniczenie rozprzestrzeniania się chorób zakaźnych jest podstawą epidemiologii i ma szczególne znaczenie w zarządzaniu stanem zdrowia populacji narażonych na nowe wirusy, takie jak SARS-CoV-2 - koronawirus ciężkiego ostrego zespołu oddechowego, wywołujący chorobę COVID-19. Jednym z najskuteczniejszych narzędzi ograniczania ognisk epidemii jest stosowanie praktyk śledzenia kontaktów.

Śledzenie kontaktów jest zasadniczo proste: chodzi o zidentyfikowanie i powiadamianie osób, które niedawno znalazły się w bliskiej odległości od osoby zakażonej i mogły same ulec zakażeniu. W praktyce tok działań w śledzeniu kontaktów jest dość skomplikowany i angażuje duże liczby pracowników zajmujących się poszczególnymi przypadkami, którzy przeprowadzają wywiady z osobami zakażonymi oraz powiadamiają osoby, które mogą być zagrożone zakażeniem i zapewniają im pomoc (ilustracja 1). W przypadku gdy powiadomione osoby ograniczą kontakty z innymi, łańcuch przenoszenia wirusa zostaje przerwany.

Ilustracja 1: Centrum Kontroli i Zapobiegania Chorobom zaleca tok działań śledzenia kontaktów polegający na budowie listy kontaktów dostarczonych przez osobę zakażoną w celu powiadomienia osób, które mogą wymagać 14-dniowej kwarantanny, zalecanej w przypadku domniemanych zakażeń COVID-19. (Źródło ilustracji: CDC)

Potrzeba szybkiej identyfikacji i powiadomienia o możliwym zakażeniu jest szczególnie ważna w przypadku COVID-19, ponieważ naukowcy wciąż pracują nad pełnym zrozumieniem sposobów przenoszenia tej choroby i dróg zakażenia. Podstawowe i istotne z medycznego punktu widzenia fakty dotyczące COVID-19 zostały ustalone stosunkowo niedawno. Na przykład kilka miesięcy po zidentyfikowaniu wirusa SARS-CoV-2 epidemiolodzy potwierdzili, że możliwe jest przenoszenie wirusa przez osoby zakażone, które nie wykazują jeszcze objawów COVID-19 [Furukawa]1.

Odkąd mamy świadomość, że możliwe jest zakażenie poprzez kontakt z osobami bezobjawowymi, wczesne śledzenie kontaktów stało się kluczowe dla spowolnienia rozprzestrzeniania się pandemii COVID-19. Przy użyciu standardowej metody modelowania epidemiologicznego, arkusz kalkulacyjny CDC COVIDTracer pokazuje wpływ wczesnego śledzenia kontaktów na dzienną liczbę nowych przypadków w reprezentatywnej populacji 100 000 osób (ilustracja 2).

Ilustracja 2: Model CDC ilustruje, w jaki sposób wykorzystanie różnych strategii może spłaszczyć krzywą dziennej liczby nowych zakażeń w ciągu jednego roku w populacji 100 000 osób. Czerwona przerywana linia oznacza początek każdej strategii śledzenia kontaktów. (Źródło ilustracji: CDC)

Jak pokazano na ilustracji 2, przebieg epidemii może się znacznie różnić w zależności od wyboru jednej z trzech różnych strategii śledzenia kontaktów:

• Strategia 1: śledzenie kontaktów rozpoczyna się dopiero po wystąpieniu objawów COVID-19 u danej osoby (w tym modelu, 7 dni po zakażeniu - na podstawie badań naukowych).
• Strategia 2: śledzenie kontaktów rozpoczyna się natychmiast po pojawieniu się pierwszych objawów (6 dni po zakażeniu).
• Strategia 3: śledzenie kontaktów rozpoczyna się, gdy u danej osoby wyniki testu na COVID-19 są pozytywne, ale przed pojawieniem się objawów (4 dni po zakażeniu, wtedy według badań bezobjawowe zakażenie staje się możliwe).

Nawet jeśli proces śledzenia kontaktów rozpoczyna się w momencie, gdy dana osoba zaczyna zakażać (strategia 3), liczba pracowników, którzy muszą przeprowadzić procedurę śledzenia kontaktów, może szybko rosnąć. Model CDC ilustruje wzrost zapotrzebowania na personel dla średnio 5 kontaktów na jeden przypadek zakażenia (linia „Lower” na ilustracji 3) oraz dla średnio 20 kontaktów na jeden przypadek (linia „Upper” na ilustracji 3).

Ilustracja 3: Wykres modelu CDC pokazuje jak różne strategie mogą zmniejszyć liczbę pracowników potrzebnych do przeprowadzenia procedury śledzenia kontaktów, zakładając średnio pięć kontaktów na jeden przypadek zakażenia (linia „Lower”) lub 20 kontaktów na jeden przypadek (linia „Upper”). (Źródło ilustracji: CDC)

Podwójne wymogi dotyczące jak najwcześniejszego śledzenia kontaktów oraz wystarczająca liczebność personelu spowodowały, że zaczęto szukać rozwiązań technologicznych umożliwiających identyfikację i kontakt z osobami, które mogły znaleźć się w bliskiej odległości od osoby zakażonej. Zamiast wymagać od osób zakażonych, aby pamiętały o tym, z kim się spotkały, a od pracowników służby zdrowia, aby starali się dotrzeć do tych osób, warto zastosować odpowiednie rozwiązanie technologiczne, które automatycznie będzie rejestrować przypadki zbliżania się do innych osób, korzystających z tej samej technologii. Takie podejście może pozwolić na zastosowanie czwartej strategii umożliwiającej wsteczne rozpoczęcie śledzenia kontaktów z innymi osobami już w dniu 0, kiedy to, jak wskazują badania, dana osoba zaraziła się od innej osoby zakażonej. Jak sugerują powyższe dane, wcześniejsze powiadamianie o kontaktach może znacząco spłaszczyć krzywe zarówno dziennych nowych przypadków, jak i potrzebnych pracowników służby zdrowia.

Ze względu na powszechną dostępność technologii Bluetooth w smartfonach i innych przenośnych urządzeniach elektronicznych, natychmiast stała się ona technologią wybraną do automatycznego śledzenia kontaktów. Szybko stała się ona fundamentem dla aplikacji mobilnych tworzonych w wyniku wielu wspólnych wysiłków producentów, grup medycznych i organizacji rządowych. Jednak badania nad skutecznością tych aplikacji były rozczarowujące ze względu na ograniczenia technologii Bluetooth.