Система обеспечивает бесконтактный мониторинг сердечного ритма с помощью смарт-динамиков

Умные колонки доказали свою эффективность в мониторинге определенных проблем со здоровьем в домашних условиях, включая обнаружение остановки сердца или мониторинг дыхания младенцев. Теперь динамики можно использовать для отслеживания минутного движения отдельных сердечных сокращений человека, сидящего перед динамиком.

Система отслеживает как регулярное, так и нерегулярное сердцебиение без физического контакта. Он отправляет неслышные звуки из динамика в комнату и, основываясь на том, как звуки отражаются обратно в динамик, может идентифицировать и отслеживать отдельные сердечные сокращения. Поскольку сердцебиение — это такое крошечное движение на поверхности грудной клетки, система использует машинное обучение, чтобы помочь динамику обнаруживать сигналы как регулярных, так и нерегулярных сердечных сокращений. При тестировании на здоровых участниках и госпитализированных пациентах с сердечно-сосудистыми заболеваниями умная колонка обнаруживала сердцебиение, которое точно соответствовало ритму, определяемому стандартными мониторами сердцебиения.

В то время как многие люди знакомы с понятием частоты сердечных сокращений, врачей больше интересует оценка сердечного ритма. Частота сердечных сокращений — это среднее число сердечных сокращений с течением времени, тогда как сердечный ритм описывает характер сердечных сокращений. Если у человека частота сердечных сокращений составляет 60 ударов в минуту, у него может быть регулярный сердечный ритм — один удар в секунду — или нерегулярный сердечный ритм — удары случайным образом разбросаны по этой минуте, но в среднем они все равно составляют 60 ударов в минуту.

На самом деле нарушения сердечного ритма встречаются чаще, чем некоторые другие хорошо известные заболевания сердца. Сердечные аритмии могут вызывать серьезные заболевания, такие как инсульты, но их возникновение может быть крайне непредсказуемым, и поэтому их трудно диагностировать. Ключ к оценке сердечного ритма заключается в идентификации отдельных сердечных сокращений. В этой системе поиск сердечных сокращений начинается, когда человек находится на расстоянии от 1 до 2 футов перед умной колонкой.

Затем система воспроизводит неразборчивый непрерывный звук, который отражается от человека, а затем возвращается к динамику. В зависимости от того, как изменился возвращаемый звук, система может изолировать движения человека, включая подъем и опускание грудной клетки при дыхании.

Движение от чьего-то дыхания на грудной стенке на несколько порядков больше, чем движение от сердцебиения, что представляет собой проблему. Кроме того, сигнал дыхания не является регулярным, поэтому его сложно просто отфильтровать. Поскольку умные динамики имеют несколько микрофонов, был разработан алгоритм формирования луча, который помогает динамикам определять сердцебиение.

Команда разработала самоконтролируемый алгоритм машинного обучения, который учится на лету, а не на обучающем наборе. Этот алгоритм объединяет сигналы со всех нескольких микрофонов умной колонки, чтобы идентифицировать неуловимый сигнал сердцебиения.

Сигналы сердцебиения, которые обнаруживает умный динамик, не похожи на те, которые обычно ассоциируются с традиционными мониторами сердцебиения. Исследователи использовали второй алгоритм для разделения сигнала на отдельные сердечные сокращения, чтобы система могла извлечь так называемый интервал между сердечными сокращениями, или количество времени между двумя сердечными сокращениями.

Исследователи протестировали прототип умной колонки с этой системой на двух группах:26 здоровых участников и 24 госпитализированных пациента с различными сердечными заболеваниями, включая мерцательную аритмию и сердечную недостаточность. Команда сравнила интервал между ударами умного динамика с интервалом стандартного пульсометра. Из почти 12 300 сердечных сокращений, измеренных у здоровых участников, средний интервал между ударами смарт-динамика был в пределах 28 миллисекунд от стандартного монитора. Умный динамик почти так же хорошо работал с пациентами с сердечными заболеваниями:из более чем 5600 измеренных сердечных сокращений средний интервал между ударами был в пределах 30 миллисекунд от стандарта.

В настоящее время система настроена на выборочные проверки. Если человек обеспокоен своим сердечным ритмом, он может сесть перед умным динамиком, чтобы получить показания. Но команда надеется, что будущие версии смогут непрерывно отслеживать сердцебиение, пока люди спят, что может помочь врачам диагностировать такие состояния, как апноэ во сне.