Бесконтактный мониторинг сердечного ритма через умные колонки: Революционная система

Умные колонки доказали свою пригодность для мониторинга определённых проблем со здоровьем дома, включая обнаружение сердечной остановки или мониторинг дыхания младенцев. Теперь колонки могут использоваться для отслеживания минутного движения отдельных сердечных сокращений у человека, сидящего перед колонкой.

Система мониторит как регулярные, так и нерегулярные сердечные сокращения без физического контакта. Она посылает неслышимые звуки из колонки в комнату и, основываясь на том, как звуки отражаются обратно к колонке, может идентифицировать и мониторить отдельные сердечные сокращения. Поскольку сердечное сокращение — это такое крошечное движение на поверхности груди, система использует машинное обучение, чтобы помочь колонке находить сигналы от регулярных и нерегулярных сердечных сокращений. Когда тестировалась на здоровых участниках и госпитализированных кардиологических пациентах, умная колонка обнаружила сердечные сокращения, которые близко соответствовали ударам, обнаруженным стандартными мониторами сердечного ритма.

Хотя многие люди знакомы с концепцией частоты сердечных сокращений, врачи больше заинтересованы в оценке сердечного ритма. Частота сердечных сокращений — это среднее за время, в то время как сердечный ритм описывает паттерн сердечных сокращений. Если у человека частота 60 ударов в минуту, у него может быть регулярный ритм — один удар каждую секунду — или нерегулярный ритм — удары случайно разбросаны по той минуте, но в среднем всё равно 60 ударов в минуту.

Нарушения сердечного ритма фактически более распространены, чем некоторые другие хорошо известные сердечные состояния. Кардиальные аритмии могут вызывать серьезные осложнения, такие как инсульты, но могут быть крайне непредсказуемы в появлении и тем самым трудны для диагностики. Ключ к оценке сердечного ритма лежит в идентификации отдельных сердечных сокращений. Для этой системы поиск сердечных сокращений начинается, когда человек сидит в 1–2 футах перед умной колонкой.

Затем система воспроизводит непрерывный неслышимый звук, который отражается от человека и возвращается к колонке. Основываясь на том, как возвращённый звук изменился, система может изолировать движения на человеке — включая подъём и падение их груди при дыхании.

Движение от чьего-то дыхания на порядки больше на стенке груди, чем движение от сердечных сокращений, что создаёт вызов. Также дыхание сигнал нерегулярен, так что его сложно просто отфильтровать. Поскольку у умных колонок несколько микрофонов, был спроектирован алгоритм формирования луча, чтобы помочь колонкам находить сердечные сокращения.

Команда спроектировала самообучающийся алгоритм машинного обучения, который обучается на лету вместо обучающей выборки. Этот алгоритм комбинирует сигналы со всех микрофонов умной колонки для идентификации неуловимого сигнала сердечного сокращения.

Сигналы сердечных сокращений, которые обнаруживает умная колонка, не выглядят как те, что обычно ассоциируются с традиционными мониторами сердечного ритма. Исследователи использовали второй алгоритм для сегментации сигнала на отдельные сердечные сокращения, чтобы система могла извлечь то, что известно как интервал между ударами, или количество времени между двумя сердечными сокращениями.

Исследователи протестировали прототип умной колонки с этой системой на двух группах: 26 здоровых участников и 24 госпитализированных пациентов с разнообразием кардиологических состояний, включая фибрилляцию предсердий и сердечную недостаточность. Команда сравнила интервал между ударами умной колонки с одним от стандартного монитора сердечного ритма. Из почти 12 300 сердечных сокращений, измеренных для здоровых участников, медианный интервал между ударами умной колонки был в пределах 28 миллисекунд от стандартного монитора. Умная колонка выполнила почти так же хорошо с кардиологическими пациентами: из более чем 5 600 сердечных сокращений, измеренных, медианный интервал между ударами был в пределах 30 миллисекунд от стандартного.

В настоящее время система настроена для точечных проверок. Если человек обеспокоен своим сердечным ритмом, он может сесть перед умной колонкой, чтобы получить чтение. Но команда надеется, что будущие версии смогут непрерывно мониторить сердечные сокращения, пока люди спят — что может помочь врачам диагностировать такие состояния, как апноэ сна.