Sistema permite monitoramento sem contato do ritmo cardíaco usando alto-falantes inteligentes

Os alto-falantes inteligentes provaram monitorar certos problemas de saúde em casa, incluindo detectar parada cardíaca ou monitorar a respiração dos bebês. Agora, os alto-falantes podem ser usados ​​para rastrear o movimento minucioso dos batimentos cardíacos individuais de uma pessoa sentada na frente do alto-falante.

O sistema monitora batimentos cardíacos regulares e irregulares sem contato físico. Ele envia sons inaudíveis do alto-falante para uma sala e, com base na maneira como os sons são refletidos de volta ao alto-falante, pode identificar e monitorar batimentos cardíacos individuais. Como o batimento cardíaco é um movimento tão pequeno na superfície do peito, o sistema usa aprendizado de máquina para ajudar o alto-falante a localizar sinais de batimentos cardíacos regulares e irregulares. Quando testado em participantes saudáveis ​​e pacientes cardíacos hospitalizados, o alto-falante inteligente detectou batimentos cardíacos que se aproximavam dos batimentos detectados por monitores de batimentos cardíacos padrão.

Embora muitas pessoas estejam familiarizadas com o conceito de frequência cardíaca, os médicos estão mais interessados ​​na avaliação do ritmo cardíaco. A frequência cardíaca é a média dos batimentos cardíacos ao longo do tempo, enquanto o ritmo cardíaco descreve o padrão dos batimentos cardíacos. Se uma pessoa tem uma frequência cardíaca de 60 batimentos por minuto, ela pode ter um ritmo cardíaco regular – um batimento a cada segundo – ou um ritmo cardíaco irregular – os batimentos são espalhados aleatoriamente por esse minuto, mas ainda assim a média é de 60 batimentos por minuto.

Os distúrbios do ritmo cardíaco são realmente mais comuns do que algumas outras doenças cardíacas conhecidas. As arritmias cardíacas podem causar morbidades importantes, como acidentes vasculares cerebrais, mas podem ser altamente imprevisíveis na ocorrência e, portanto, difíceis de diagnosticar. A chave para avaliar o ritmo cardíaco está na identificação dos batimentos cardíacos individuais. Para este sistema, a busca por batimentos cardíacos começa quando uma pessoa se senta a 1 a 2 pés na frente do alto-falante inteligente.

Em seguida, o sistema reproduz um som contínuo inaudível que rebate na pessoa e depois retorna ao alto-falante. Com base em como o som retornado mudou, o sistema pode isolar os movimentos da pessoa – incluindo a subida e descida do peito enquanto respira.

O movimento da respiração de alguém é ordens de magnitude maior na parede torácica do que o movimento dos batimentos cardíacos, o que representa um desafio. Além disso, o sinal de respiração não é regular, por isso é difícil simplesmente filtrá-lo. Como os alto-falantes inteligentes têm vários microfones, um algoritmo de formação de feixe foi projetado para ajudar os alto-falantes a encontrar os batimentos cardíacos.

A equipe projetou um algoritmo de aprendizado de máquina autossupervisionado, que aprende em tempo real, em vez de um conjunto de treinamento. Esse algoritmo combina sinais de todos os vários microfones do alto-falante inteligente para identificar o sinal de batimento cardíaco indescritível.

Os sinais de batimentos cardíacos que o alto-falante inteligente detecta não se parecem com os comumente associados aos monitores de batimentos cardíacos tradicionais. Os pesquisadores usaram um segundo algoritmo para segmentar o sinal em batimentos cardíacos individuais para que o sistema pudesse extrair o que é conhecido como intervalo entre batimentos, ou a quantidade de tempo entre dois batimentos cardíacos.

Os pesquisadores testaram um protótipo de alto-falante inteligente executando este sistema em dois grupos:26 participantes saudáveis ​​e 24 pacientes hospitalizados com uma diversidade de condições cardíacas, incluindo fibrilação atrial e insuficiência cardíaca. A equipe comparou o intervalo entre batidas do alto-falante inteligente com um de um monitor de batimentos cardíacos padrão. Dos quase 12.300 batimentos cardíacos medidos para os participantes saudáveis, o intervalo médio entre batidas do alto-falante inteligente estava dentro de 28 milissegundos do monitor padrão. O alto-falante inteligente teve um desempenho quase tão bom com pacientes cardíacos:dos mais de 5.600 batimentos cardíacos medidos, o intervalo médio entre batimentos estava dentro de 30 milissegundos do padrão.

Atualmente, o sistema está configurado para verificações pontuais. Se uma pessoa estiver preocupada com o ritmo cardíaco, ela pode se sentar na frente de um alto-falante inteligente para fazer uma leitura. Mas a equipe espera que versões futuras possam monitorar continuamente os batimentos cardíacos enquanto as pessoas dormem – algo que pode ajudar os médicos a diagnosticar condições como apneia do sono.