Systeem maakt contactloze bewaking van hartritme mogelijk met behulp van slimme luidsprekers

Slimme luidsprekers zijn bedreven in het bewaken van bepaalde gezondheidsproblemen thuis, waaronder het detecteren van een hartstilstand of het bewaken van de ademhaling van baby's. Nu kunnen de luidsprekers worden gebruikt om de minuutbeweging van individuele hartslagen te volgen bij een persoon die voor de luidspreker zit.

Het systeem bewaakt zowel regelmatige als onregelmatige hartslagen zonder fysiek contact. Het stuurt onhoorbare geluiden van de luidspreker de kamer in en op basis van de manier waarop de geluiden worden teruggekaatst naar de luidspreker, kan het individuele hartslagen identificeren en volgen. Omdat de hartslag zo'n kleine beweging op het borstoppervlak is, gebruikt het systeem machine learning om de spreker te helpen signalen van zowel regelmatige als onregelmatige hartslagen te lokaliseren. Bij tests op gezonde deelnemers en hartpatiënten in het ziekenhuis detecteerde de slimme luidspreker hartslagen die nauw overeenkwamen met de hartslagen die werden gedetecteerd door standaard hartslagmonitors.

Hoewel veel mensen bekend zijn met het concept van een hartslag, zijn artsen meer geïnteresseerd in de beoordeling van het hartritme. Hartslag is het gemiddelde van hartslagen in de loop van de tijd, terwijl een hartritme het patroon van hartslagen beschrijft. Als een persoon een hartslag van 60 slagen per minuut heeft, kunnen ze een regelmatig hartritme hebben - één slag per seconde - of een onregelmatig hartritme - slagen worden willekeurig verspreid over die minuut, maar ze zijn nog steeds gemiddeld 60 slagen per minuut.

Hartritmestoornissen komen eigenlijk vaker voor dan sommige andere bekende hartaandoeningen. Hartritmestoornissen kunnen ernstige morbiditeiten zoals beroertes veroorzaken, maar kunnen zeer onvoorspelbaar zijn en dus moeilijk te diagnosticeren. De sleutel tot het beoordelen van het hartritme ligt in het identificeren van de individuele hartslagen. Voor dit systeem begint het zoeken naar hartslagen wanneer een persoon minder dan 1 tot 2 voet voor de slimme luidspreker gaat zitten.

Vervolgens speelt het systeem een ​​onhoorbaar continu geluid dat weerkaatst op de persoon en vervolgens terugkeert naar de luidspreker. Op basis van hoe het teruggestuurde geluid is veranderd, kan het systeem bewegingen van de persoon isoleren, inclusief het rijzen en dalen van de borstkas tijdens het ademen.

De beweging van iemands ademhaling is orden van grootte groter op de borstwand dan de beweging van hartslagen, wat een uitdaging vormt. Ook is het ademhalingssignaal niet regelmatig, dus het is moeilijk om het er gewoon uit te filteren. Omdat slimme luidsprekers meerdere microfoons hebben, is een bundelvormend algoritme ontworpen om de luidsprekers te helpen de hartslag te vinden.

Het team ontwierp een zelf-gecontroleerd machine learning-algoritme, dat on-the-fly leert in plaats van van een trainingsset. Dit algoritme combineert signalen van alle meerdere microfoons van de slimme luidspreker om het ongrijpbare hartslagsignaal te identificeren.

De hartslagsignalen die de slimme luidspreker detecteert, lijken niet op de signalen die gewoonlijk worden geassocieerd met traditionele hartslagmonitors. De onderzoekers gebruikten een tweede algoritme om het signaal te segmenteren in individuele hartslagen, zodat het systeem het zogenaamde inter-beat interval, of de hoeveelheid tijd tussen twee hartslagen, kon extraheren.

De onderzoekers testten een prototype slimme luidspreker met dit systeem op twee groepen:26 gezonde deelnemers en 24 gehospitaliseerde patiënten met een diversiteit aan hartaandoeningen, waaronder atriale fibrillatie en hartfalen. Het team vergeleek het inter-beatinterval van de slimme luidspreker met dat van een standaard hartslagmonitor. Van de bijna 12.300 hartslagen die werden gemeten voor de gezonde deelnemers, was het mediane inter-beatinterval van de slimme spreker binnen 28 milliseconden van de standaardmonitor. De slimme luidspreker presteerde bijna net zo goed bij hartpatiënten:van de meer dan 5.600 gemeten hartslagen lag het mediane interval tussen de slagen binnen 30 milliseconden van de norm.

Momenteel is het systeem opgezet voor steekproeven. Als een persoon zich zorgen maakt over hun hartritme, kunnen ze voor een slimme luidspreker gaan zitten om een ​​meting te krijgen. Maar het team hoopt dat toekomstige versies de hartslag continu kunnen volgen terwijl mensen slapen - iets dat artsen zou kunnen helpen bij het diagnosticeren van aandoeningen zoals slaapapneu.