Contactloze hartslagmonitoring via slimme speakers: Een revolutionair systeem

Slimme speakers hebben zich bewezen als adepts in het monitoren van bepaalde gezondheidszaken thuis inclusief het detecteren van hartstilstand of het monitoren van babys ademhaling. Nu kunnen de speakers gebruikt worden om de minuutte beweging van individuele hartslagen in een persoon die voor de speaker zit te tracken.

Het systeem monitert zowel regelmatige als onregelmatige hartslagen zonder fysiek contact. Het zendt onhoorbare geluiden van de speaker uit in een kamer en op basis van de manier waarop de geluiden weerkaatsen naar de speaker, kan het individuele hartslagen identificeren en monitoren. Omdat de hartslag zo een kleine beweging op de borstkas is, gebruikt het systeem machine learning om de speaker te helpen signalen van zowel regelmatige als onregelmatige hartslagen te lokaliseren. Getest op gezonde deelnemers en gehospitaliseerde cardiale patiënten, detecteerde de slimme speaker hartslagen die nauwkeurig matched met de hartslagen gedetecteerd door standaard hartslagmonitors.

Hoewel veel mensen bekend zijn met het concept van een hartslagfrequentie, zijn artsen meer geïnteresseerd in de beoordeling van hartsritme. Hartslagfrequentie is het gemiddelde van hartslagen over tijd, terwijl een hartsritme het patroon van hartslagen beschrijft. Als een persoon een hartslagfrequentie van 60 slagen per minuut heeft, kunnen ze een regelmatig hartsritme hebben — één slag elke seconde — of een onregelmatig hartsritme — slagen willekeurig verdeeld over die minuut maar ze gemiddeld nog steeds 60 slagen per minuut.

Hartsritmestoornissen zijn eigenlijk vaker voorkomend dan sommige andere bekende hartcondities. Cardiële arythmieën kunnen grote morbiditeit veroorzaken zoals beroertes maar kunnen hoogst onvoorspelbaar in optreden zijn en dus moeilijk te diagnosticeren. De sleutel tot het beoordelen van hartsritme ligt in het identificeren van individuele hartslagen. Voor dit systeem begint de zoektocht naar hartslagen wanneer een persoon binnen 1 tot 2 voet voor de slimme speaker zit.

Dan speelt het systeem een onhoorbaar continu geluid dat afkaatst van de persoon en dan terugkeert naar de speaker. Gebaseerd op hoe het teruggekaatste geluid veranderd is, kan het systeem bewegingen op de persoon isoleren — inclusief de opgang en daling van hun borstkas tijdens ademhaling.

De beweging van iemands ademhaling is orde 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 simpelweg eruit te filteren. Omdat slimme speakers meerdere microfoons hebben, werd een beam-forming algoritme ontworpen om de speakers te helpen hartslagen te vinden.

Het team ontwierpen een zelf-gesuperviseerd machine learning algoritme, dat on the fly leert in plaats van van een trainingsset. Dit algoritme combineert signalen van alle microfoons van de slimme speaker om het ontluisterende hartslagsignaal te identificeren.

De hartslagsignal die de slimme speaker detecteert, lijken niet op die die doorgaans geassocieerd zijn met traditionele hartslagmonitors. De onderzoekers gebruikten een tweede algoritme om het signaal in individuele hartslagen te segmenteren zodat het systeem kon extraheren wat bekend is als het inter-slag interval, of de hoeveelheid tijd tussen twee hartslagen.

De onderzoekers testten een prototype slimme speaker met dit systeem op twee groepen: 26 gezonde deelnemers en 24 gehospitaliseerde patiënten met een diversiteit van cardiale condities inclusief atriale fibrilleren en hartfalen. Het team vergelijk de slimme speaker's inter-slag interval met één van een standaard hartslagmonitor. Van de bijna 12.300 hartslagen gemeten voor de gezonde deelnemers, was de slimme speaker's mediaan inter-slag interval binnen 28 milliseconden van de standaard monitor. De slimme speaker presteerde bijna even goed met cardiale patiënten: van de meer dan 5.600 hartslagen gemeten, was de mediaan inter-slag interval binnen 30 milliseconden van de standaard.

Momenteel is het systeem ingesteld voor spotcontroles. Als een persoon bezorgd is over hun hartsritme, kunnen ze voor een slimme speaker zitten om een reading te krijgen. Maar het team hoopt dat toekomstige versies continu hartslagen kunnen monitoren terwijl mensen slapen — wat dokters kan helpen condities zoals slaapapnee te diagnosticeren.