시스템은 스마트 스피커를 사용하여 심장 리듬의 비접촉 모니터링을 가능하게 합니다.

스마트 스피커는 심정지 감지 또는 아기의 호흡 모니터링을 포함하여 가정에서 특정 의료 문제를 모니터링하는 데 능숙하다는 것이 입증되었습니다. 이제 스피커를 사용하여 스피커 앞에 앉아 있는 사람의 개별 심장 박동의 미세한 움직임을 추적할 수 있습니다.

시스템은 신체 접촉 없이 규칙적인 심장 박동과 불규칙한 심장 박동을 모두 모니터링합니다. 스피커에서 들리지 않는 소리를 방으로 보내고 소리가 스피커로 다시 반사되는 방식에 따라 개별 심장 박동을 식별하고 모니터링할 수 있습니다. 심장 박동은 가슴 표면의 아주 작은 움직임이기 때문에 시스템은 기계 학습을 사용하여 화자가 규칙적인 심장 박동과 불규칙한 심장 박동 모두에서 신호를 찾을 수 있도록 도와줍니다. 건강한 참가자와 입원한 심장 환자를 대상으로 테스트했을 때 스마트 스피커는 표준 심장 박동 모니터에서 감지한 박동과 거의 일치하는 심장 박동을 감지했습니다.

많은 사람들이 심박수의 개념에 익숙하지만 의사는 심박수 평가에 더 관심이 있습니다. 심장 박동수는 시간 경과에 따른 심장 박동의 평균이며 심장 리듬은 심장 박동 패턴을 나타냅니다. 사람의 심박수가 분당 60회라면 규칙적인 심장 박동(매초 1회 박동) 또는 불규칙한 심장 박동이 있을 수 있습니다.

심장 리듬 장애는 실제로 잘 알려진 다른 심장 질환보다 더 일반적입니다. 심장 부정맥은 뇌졸중과 같은 주요 질병을 유발할 수 있지만 발생 가능성이 매우 높아 진단이 어렵습니다. 심장 리듬을 평가하는 열쇠는 개별 심장 박동을 식별하는 데 있습니다. 이 시스템의 경우 심장 박동 검색은 사람이 스마트 스피커 앞 1~2피트 이내에 앉았을 때 시작됩니다.

그런 다음 시스템은 사람에게서 반사되어 스피커로 되돌아오는 들리지 않는 연속 사운드를 재생합니다. 반환된 소리가 어떻게 변했는지에 따라 시스템은 호흡할 때 가슴이 오르락내리락하는 것을 포함하여 사람의 움직임을 격리할 수 있습니다.

누군가의 호흡으로 인한 움직임은 심장 박동에서 나오는 움직임보다 흉벽에서 훨씬 더 크기 때문에 도전 과제가 됩니다. 또한 호흡 신호가 규칙적이지 않아 단순히 걸러내기가 어렵습니다. 스마트 스피커에는 여러 개의 마이크가 있으므로 스피커가 심장 박동을 찾는 데 도움이 되도록 빔 형성 알고리즘이 설계되었습니다.

팀은 훈련 세트 대신 즉석에서 학습하는 자가 지도 머신 러닝 알고리즘을 설계했습니다. 이 알고리즘은 모든 스마트 스피커의 여러 마이크에서 나오는 신호를 결합하여 파악하기 어려운 심장 박동 신호를 식별합니다.

스마트 스피커가 감지하는 심장 박동 신호는 일반적으로 기존 심장 박동 모니터와 관련된 것처럼 보이지 않습니다. 연구원들은 두 번째 알고리즘을 사용하여 신호를 개별 심장 박동으로 분할하여 시스템이 박동 간격 또는 두 심장 박동 사이의 시간을 추출할 수 있도록 했습니다.

연구원들은 이 시스템을 실행하는 프로토타입 스마트 스피커를 두 그룹, 즉 건강한 참가자 26명과 심방세동 및 심부전을 비롯한 다양한 심장 상태를 가진 입원 환자 24명으로 테스트했습니다. 팀은 스마트 스피커의 비트 간 간격을 표준 심장 박동 모니터의 간격과 비교했습니다. 건강한 참가자에 대해 측정된 거의 12,300개의 심장 박동 중 스마트 스피커의 중간 박동 간격은 표준 모니터의 28밀리초 이내였습니다. 스마트 스피커는 심장 환자와 거의 같은 성능을 보였습니다. 측정된 5,600개 이상의 심장 박동 중 박동 간격의 중앙값은 표준의 30밀리초 이내였습니다.

현재 시스템은 현장 점검을 위해 설정되어 있습니다. 심장 박동이 걱정되는 사람은 스마트 스피커 앞에 앉아 독서를 할 수 있습니다. 그러나 팀은 미래 버전이 사람들이 잠자는 동안 심장 박동을 지속적으로 모니터링할 수 있기를 희망합니다. 이는 의사가 수면 무호흡증과 같은 상태를 진단하는 데 도움이 될 수 있습니다.