2021年5月6日，在海德拉巴的一个低收入社区，一名卫生工作者在挨家挨户调查居民的Covid-19冠状病毒症状时，使用血氧计监测居民的脉搏和氧饱和度。
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在COVID-19大流行期间，有一项测量指标变得比几乎任何其他测量指标都更重要——血氧饱和度。这是医生可以用来判断COVID-19病例严重程度的一个具体数字，并知道是否让患者入院并为他们提供补充氧气。
但是，最常用来测量血氧水平的脉搏血氧计对有色人种患者效果不佳。
“在我看来，毫无疑问，这导致了人们没有得到护理，没有得到及时的护理，甚至被送回家或呆在家里死于COVID-19，”Roots社区卫生中心的家庭执业医生Noha Aboelata说。阿伯拉塔是几项研究的共同作者之一，这些研究表明，该设备的不准确性导致有色人种患者得不到及时的护理。
布朗大学的物理学家Kimani Toussaint领导了一个小组，试图让一个更好、更公平的装置成为现实。
“我很惊讶，你知道，在这个时代，这是一个持续的问题，特别是因为脉搏血氧计是医生普遍使用的工具，”Toussaint说。“我以为会有人解决这个问题。”
不平等被蒙在鼓里
脉搏血氧计的不准确并不是一个新问题。早在1976年，惠普公司的科学家们就认识到脉搏血氧计需要根据不同的肤色进行校准。“因为皮肤色素沉淀和其他吸收剂会影响测量，所以这种方法无法进行绝对测量，”两名科学家当时在该公司的杂志上写道。
尽管如此，这些设备最终还是进入了药店、医院和人们的药柜。
“它基本上是在白人人群中进行测试而诞生的，”STAT的国家科学记者乌莎·李·麦克法林(Usha Lee McFarling)说，她广泛报道了脉搏血氧计。“它们是在80年代进行测试的，当时我们的临床试验和测试几乎没有多样性。”
早在20世纪90年代，其他科学家就开始注意到这种差异，但它并没有成为医学主流。关于脉搏血氧仪中种族偏见的少数几篇论文没有出现在医学教科书或顶级期刊上。
医生们大多没有意识到在他们工作中起重要作用的设备有故障。“这在我的世界里无处不在。布朗大学的肺科医生e·简·卡特博士说:“在我的日常工作中，如果不测量脉搏血氧饱和度，我就不会考虑测量脉搏或血压。”
卡特的口袋里几乎总是有一个血氧计，但在听说了杜桑的工作以及导致这种工作的不平等之后，她想成为解决方案的一部分。
她说:“我作为一名肺科医生，花了30年时间在美国和撒哈拉以南非洲地区使用血氧测定法来做决定，但可能并没有为所有病人做出正确的决定，这对我来说有点可怕。”
尽管她最近从大部分工作中退休了，但她仍致力于另一个项目:帮助图森设计一种新的血氧计。
由光驱动和阻碍
大多数人使用的脉搏血氧计是一种夹在手指上的小设备。该设备将两种波长的光照射到手指上。一种波长被含氧血液吸收，另一种波长被脱氧血液吸收。
Toussaint说:“然后我们观察它们的相对吸收率，得出一个比另一个吸收率高多少的比率指标，并以此来估计我们血液中饱和的氧气量。”
众所周知，脉搏血氧计对深色皮肤有偏见。Kimani Toussaint是布朗大学的物理学家，他正在研究一种脉搏血氧计的替代品。
然后血氧计会计算出一个人血液中含氧的百分比。但是光也会被黑色素吸收，黑色素是一种使皮肤着色的蛋白质。由于这些设备是用较浅的肤色设计和校准的，肤色较深的人体内的黑色素会导致血氧仪高估他们的含氧血液量，并低估了COVID-19病例的严重程度。
Toussaint说:“分离出黑色素的作用，这是一个挑战，它将与脱氧血红蛋白的作用重叠。”
但是，他正在尝试一种新的方法。杜桑没有将相同的红外技术用于不同的人群，而是专注于光的一种完全不同的性质。
“我们正试图利用光的偏振或电场特性，”Toussaint说。“我们一直在探索的是，我们是否可以利用这一点来区分脱氧-氧血红蛋白-最好是在相同波长的光下，以最大限度地减少跨越光谱和对黑色素有不同反应的一些其他挑战。”
杜桑正在一家医院里测试他的鞋盒大小的原型。这就是肺科医生卡特传授临床经验的地方。在实践中，脉搏血氧仪通常很挑剔——也会因为动作、指甲油、珠宝和放置位置而出错。
揭示解决方案
即使杜桑的设备有效，它也需要时间才能获得批准并到达患者的手指。与此同时，像阿伯拉塔和卡特这样的医生正在使用变通办法。
阿伯拉塔让病人在健康时使用血氧计，建立一个基线，与他们生病时进行比较。但在精确的血氧水平是高风险的情况下——比如入院治疗或批准家用氧气治疗肺气肿，卡特和阿伯拉塔正在转向更困难的动脉血气测试。
这项测试需要一种比大多数临床医生所习惯的更困难的抽血方式，并且需要将血液样本放入冰中并立即带到实验室。这意味着许多像阿伯拉塔这样的诊所甚至无法进行检测。所以如果她的病人需要，她就得把他们送到别处去。但是，她说，医生也必须改变他们对血氧仪的看法。
她说:“我们要么拥有一种能够准确检测所有肤色的设备，要么就必须进行另一种类型的测试。”
Toussaint希望他的基于极化的血氧计可以用于测试，这样他就可以开始测试更小的型号，公司可以采用他的技术。
他感到自己工作的广泛重要性，并说陌生人会向他询问工作的最新进展。他说:“这真的打击了我——如果这项工作成功了，它会产生多大的影响。”“对我来说，这很令人兴奋。但我也明白，这与重大责任有关。”
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本文音频版本由托马斯·卢制作，加布里埃尔·斯皮策编辑。Neil Tevault是音频工程师。丽贝卡·拉米雷斯编辑了这则数字报道。阿尼尔·奥扎核实了事实。
