黒人エンジニアは長時間修理に取り組む

ウシャ・リー・マクファーリング著

2022 年 8 月 19 日

多くの黒人同様、キマニ・トゥーサンさんも、新型コロナウイルス感染症患者の治療や監視のために医師が大きく依存しているパルスオキシメーターが、肌の色が黒い患者にはうまく機能しないことを知り、懸念を抱いた。

多くの黒人とは異なり、彼にはそれについて何かできるはずだ。 Toussaint は光学の専門家であり、ブラウン大学の研究室では生体組織を画像化して評価するための高精度の技術を開発しています。これは彼が目指して作られた問題だった。

現在、トゥーサン氏と博士課程の学生ルテンド・ジャカチラ氏は、文字通り光のトリックを利用して、肌の色が薄い人だけでなく、あらゆる肌の色の患者に効果を発揮する次世代パルスオキシメーターを開発している。

一方、タフツ大学の電気工学およびコンピュータ工学の黒人准教授、バレンシア・ジョイナー・クームソン氏は、別の解決策に取り組んでいる。それは、適応性があり、肌の色調に敏感ではない「スマート」酸素濃度計デバイスだ。

その日の STAT のトップ記事のまとめ。

トゥーサンとクームソンは両方とも希少です。アメリカのエンジニアリング労働力の中で黒人はわずか 5% であり、黒人女性は 2% 未満です。これらの黒人技術者たちが、何十年も白人科学者によって無視され続けてきた格差是正の先頭に立っているという事実を、彼らは忘れていない。トゥサンにとって、これは科学的近視の深刻な事例であり、ほとんどの科学者が白人である場合に何が失われるのかを示す明らかな例だ。

「誰の意図については何も言えませんが、科学の構造が幅広い多様性を持たず、盲点があるということについては話すことができます」とトゥーサン氏は語った。「パルスオキシメーターの問題は、まさに科学の多様性を象徴するものです。」

非常に基本的であり、どこにでもある医療機器であるパルスオキシメーターは、肌のメラニンが人の指の酸素を含んだ血液の量を測定するためにクリップ式デバイスが使用する光の吸収を妨げる可能性があるため、皮膚のメラニンが光の吸収を妨げる可能性があるため、肌の色が濃い人にはうまく機能しません。この問題により、肌の色が濃い人では、危険な低酸素レベルが隠蔽されるような測定値が得られる可能性があります。疫学者であるトゥサンさんの妻がパンデミックの初期にこの問題について彼に告げたとき、彼は愕然とした。

「誰もこれを解決しなかったというのはどういう意味ですか？」彼はSTATに語った。「私は『ちょっと待って、これは承認された機器なのに、誰もこれに注目しなかったの？』と言いました。」これらの機器は主に肌の色が明るい患者を対象に調整されており、皮膚の色が明るい患者には制限があるにもかかわらず、その多くは確かに食品医薬品局によって承認されていた。黒い肌。 2021年2月、政府機関は安全性に関する通知を発行し、すべての患者においてデバイスが正確であるわけではない可能性があることを医師と消費者に警告した。

マイクロおよびナノスケールのシステムを使用して、低コストの健康監視デバイス用のスマートバイオセンサーを開発する専門家であるクームソン氏は、パルスオキシメーターが肌の色が黒い患者に効果を発揮するかについて 10 年以上懸念していましたが、最近までは問題に注目を集めるのに苦労したり、問題を解決するための研究資金を提供したりすること。

「私が調べたすべての教科書には、メラニンの吸収についてはまったく言及されていませんでした。それが省略されているという事実が私を心配させました」と彼女は語った。クムソン氏はまた、アフリカで働く医師たちから、アフリカ人向けに利用できる臨床試験や機器テストのデータが少なすぎることに不満を抱いていると聞いた。

クムソン氏は、組織内の酸素化をより適切に監視する方法を研究する資金を受け取ったが、これは血液中の酸素化を測定するよりもはるかに困難な作業であり、あらゆる肌の色調に対応するデバイスを作成する重要性を常に念頭に置いていたと彼女は語った。しかし、資金提供機関は現在の機器の改善にはほとんど関心がなかったと彼女は述べ、「パルスオキシメーターは十分に確立された技術であるため、パルスオキシメーターの開発に資金を集めるのは難しい」と語った。

肌の色が濃い人にはこの機器がうまく機能しないという事実は何十年も前から知られていました。ヒューレット・パッカードによって作成された初期のデバイスは、ほとんどの人にとって非常にうまく機能しましたが、現在使用されているより新しい、よりコンパクトなデバイスによって時代遅れになってしまいました。工学界や医学界の多くは、肌の色が濃い患者で発生するエラーの割合が高いことを長い間受け入れており、それらは臨床的に関連性がないと考えていた。

「これらの誤りが臨床治療に影響を与えたことを示す十分なデータはなかった。人々は、これは許容できる誤差の範囲内であると言うかもしれない」とクームソン氏は述べた。

しかし、大量の新しい研究がその見方に疑問を投げかけています。 2020年12月に広く注目を集めたミシガン大学の研究では、黒人患者は白人患者に比べて「隠れ低酸素症」、つまりパルスオキシメーターでは検出できない危険な低酸素レベルに罹患する可能性が3倍高いことが示された。その後の研究では、肌の色が濃い患者は、集中治療室にいる間は酸素補給が少なく、肌の色が濃い患者では、ICU にいないときでも隠れた低酸素症が問題であることが示されました。別の研究では、肌の色が濃い患者は最先端の新型コロナウイルス感染症治療を受ける可能性が低いことが示された。

酸素は生存と臓器の健康にとって非常に重要であるため、パルスオキシメーターの問題は、皮膚の色が濃い患者の死亡や臓器不全などの不良転帰に寄与する可能性があると研究者らは述べています。

その研究は「このことを最前線にもたらした」とクームソン氏は語った。彼女は現在、既製のコンポーネントを使用し、現在のデバイスとは異なり、さまざまな肌の色の患者に適応できるライトとセンサーを使用するデバイスの開発に取り組んでいます。彼女によると、主な課題はデバイスを作成することではなく、重篤な患者を対象にテストする必要があるため、テストすることだという。

テクノロジーを肌の色に適応させることは新しいアイデアではないと彼女は言う。たとえば、肌の色が濃い人の傷跡を防ぐために脱毛用のレーザーを調整する化粧品業界や写真撮影などで使用されています。「写真を撮るときは、正確な写真を撮るために光を調整します」と彼女は言いました。「それが私たちがやっていることであり、光を調整することなのです。」

Toussaint と同様に、Koomson 氏も、パルスオキシメーターの問題がエンジニアリングにおけるさらなる多様性の必要性を浮き彫りにしていることに同意します。「『乳がんの治療を決意したのは、乳がんが身近な人に影響を及ぼしたからだ』という人々の言葉を耳にします」と彼女は言う。「私たちが取り組もうとしている問題は、私たちにとって身近で大切なものです。」

クムソン氏は科学者や工学者の家庭の出身ではありませんでした。ノースカロライナ州の小作プランテーションで育った彼女の両親は、仕事の機会を求めてワシントンDCに移住した。彼女の母親は美容師で、父親は退役軍人です。彼女が科学に惹かれたのは、ハワードや他の大学が都心部の高校生向けに実施しているプログラムだった、と彼女は語った。マサチューセッツ工科大学に入学したとき、彼女は「まったく別の世界に足を踏み入れたように感じました。素晴らしかったです。」と語った。

彼女の家族には公民権運動の歴史があり、ノースカロライナ州グリーンズボロのウールワースの店舗での座り込みに参加していた。クムソン氏は研究室で働くだけでなく、上院議員や他の人々と協力してパルスオキシメーターの改善に向けた行動を推進している。「これは活動に参加するチャンスだと感じています」と彼女は語った。

2020年にパルスオキシメーターの問題を知ったとき、ブラウン大学の教授兼工学上級副学部長であるトゥーサン氏は、すぐに取り組み始めた。物理学博士課程 2 年生のジャカチラさんは、昨年トゥサンの研究室に加わり、引き継ぎました。

トゥーサン氏は、光学を医療に応用する際のあらゆる種類の問題に取り組んできたが、この問題を解決するのは簡単ではないと彼は語った。「これは光学上の挑戦だ」と彼は言う。しかし、彼はそれが扱いやすいと考えており、彼のスキルセットと黒人コミュニティにとっての問題の重要性を考慮して、躊躇せずに取り組み始めました。「私にとって、それは驚くべき状況の一致でした。」

トゥサンは子供の頃から常に科学に興味を持っていました。物体を分解し、それを元に戻すことを試みましたが、必ずしも成功するとは限りませんでした。しかし、科学が職業になり得るとは思っていませんでしたし、彼のような科学分野で働く人をほとんど見たことがありませんでした。「フィールドで自分と似た人を見かけないと、帰属意識について疑問が生じます」と彼は言う。

彼は医師になるよう勧められたが、病院と針のせいで断られた。トゥサンは物理科学に惹かれ、ペンシルバニア大学に通い、修士号と博士号を取得しました。ボストン大学で電気工学の博士号を取得。彼の科学の教授はほぼ全員が白人でしたが、彼は数少ない黒人の指導者を探しました。「黒人の科学者を見ると、彼らに引き寄せられ、連絡を取り合い続けました」と彼は語った。

同氏によると、物理科学は長い間、有色人種の学生をあまり歓迎していないという。これらの分野の人々がブラック・ライブズ・マター運動に応えてより良く行動することを誓った今、彼は実際にどのような変化が起こるかに注目している。彼は、ジャカチラのような学生を指導することで自分の役割を果たしていると述べた。

ジンバブエ出身の彼女は、医師になることを望んでいた両親の願いに反して、物理学を選択した。しかし彼女は、物性物理学で行うことを検討していた実験（非常に純粋な学術研究プロジェクト）に興味が湧かなかったため、物理学の大学院プログラムを中退するところであったと語った。

その後、彼女はパルスオキシメータープロジェクトを見つけましたが、今も振り向いていません。「このプロジェクトのおかげで、私は博士課程に留まり続けました」と彼女は言いました。「コミュニティの人々に直接影響を与える可能性のあるプロジェクトに取り組んでいることは、非常にやりがいを感じます。」彼女は、黒人の物理学者として働いている自分がいる場所にいることが重要であるとさらに確信しています。「私たちは間違いなく稀有な存在です。そして私たちは異なる視点をもたらします。」とジャカチラ氏は言いました。

彼女とトゥーサンがやっているのは、特許を申請しているため、すべて非常に技術的で少し秘密なのですが、デバイスのセンサーがメラニンによって飛ばされないように、光の電気的特性を利用することです。 Jakachiri 氏は、安価で触れても涼しいため、従来のパルスオキシメーターで使用されているような既製のコンポーネントと LED ライトをデバイスの構築に使用しています。彼らの実験装置は、ほとんどのパルスオキシメーターのような 2 つの波長ではなく、1 つの波長の光のみを使用しますが、研究者らは、それがさらに正確であると考えています。

ジャカチラさんはこの靴箱サイズのデバイスをボランティアでテストし、光学に関する国際会議で初期の結果を発表した。 2人は現在、ブラウン医科大学の同僚と協力して、より症状が重くさまざまな肌の色の患者を対象としたこの装置の臨床試験を計画している。「健康なボランティアではなく、低酸素状態にある可能性のある人々を対象にこれを研究する必要がある」とトゥーサン氏は語った。

同氏によると、臨床試験には数カ月かかる可能性が高く、期待通りに機能しない場合は装置の改良につながる可能性があるという。すべてがうまくいけば、テクノロジーを小型化し、消費者向けのデバイスを作成するための提携を検討する予定だ。通常、そのプロセスには10年以上かかることがあるが、トゥーサンはより早い軌道に乗せることを望んでいる。「通常、私たちはもっと学術的な立場にあります。私たちは研究をして論文を発表しており、デバイスの側面については考えていません」とトゥーサン氏は言います。「しかし、これはかなり緊急の研究分野です。」

クムソン氏、トゥーサン氏、ジャカチラ氏が行っている研究は非常に重要である、と医師らは、皮膚の色が濃い患者には装置の効果が低いことを知って不満を抱き、その事実が医療訓練の一部ではなかったことに腹を立てていると述べている。

「2020年に初めてこのことを知り、ブロンクスで研修した」とピッツバーグ大学の黒人医学助教授で約10年間開業しているユティベ・エッシェン氏は語った。「今こそ、これらの格差を説明するだけでなく、介入を開始する時が来ています。」

多くの臨床医は、現在、肌の色が濃い患者のパルスオキシメーターの測定値に、より慎重に取り組んでいる、あるいは、より痛みを伴う動脈血の採取に切り替えていると述べている。パルスオキシメーターの問題点の第一人者であるミシガン大学の呼吸器科医、トーマス・バレー氏はこう述べている。健康格差をさらに拡大するだけの「次善の回避策」と呼んでいます。

「不正確なパルスオキシメーターの問題に対する真の解決策は一つしかありません。それは、肌の色に関係なく信頼できる、より優れたパルスオキシメーターを手に入れることです」とバレー氏はSTATに語り、ブラウン・アンド・タフツ社で進行中の取り組みを称賛した。機器メーカーがこうした問題に対処していないのであれば、「研究者が主導権を握る必要がある」と同氏は付け加えた。

6月、FDA当局者らは、この機器の使用に対するさらなる規制措置が必要かどうかを議論するために、今年後半に公開会議を開催する予定だと述べた。

トゥサンは待っていない。「これを解決できれば、素晴らしいことになるだろう」と彼は語った。「私は我を忘れてしまいました。」

これは、コモンウェルス基金からの助成金によって資金提供されている、健康と医療における人種差別を調査する一連の記事の一部です。

全国科学特派員

ウシャ・リー・マクファーリングは、ロサンゼルスを拠点とするSTATの全国科学特派員です。彼女は健康上の不平等とその被害について調査している。

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