Primer sistema de IA para el monitoreo sin contacto del ritmo cardíaco usando altavoces inteligentes
Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una nueva habilidad para un altavoz inteligente que actúa como un monitor sin contacto para latidos cardíacos regulares e irregulares. El prototipo de altavoz inteligente del equipo, que se muestra aquí, compara las señales de sus múltiples micrófonos (visibles a través de los agujeros de esta caja) para identificar la señal del latido del corazón. Crédito: Mark Stone/Universidad de Washington
Los parlantes inteligentes, como Amazon Echo y Google Home, han demostrado ser expertos en monitorear ciertos problemas de atención médica en el hogar. Por ejemplo, investigadores de la Universidad de Washington han demostrado que estos dispositivos pueden detectar paros cardíacos o monitorear la respiración de los bebés.
Pero, ¿qué pasa con el seguimiento de algo aún más pequeño: el minuto de movimiento de los latidos del corazón individuales en una persona sentada frente a un altavoz inteligente?
Los investigadores de la UW han desarrollado una nueva habilidad para un altavoz inteligente que, por primera vez, time monitorea los latidos del corazón tanto regulares como irregulares sin contacto físico. El sistema envía sonidos inaudibles desde el altavoz a una habitación y, según la forma en que los sonidos se reflejan en el altavoz, puede identificar y controlar los latidos cardíacos individuales. Debido a que el latido del corazón es un movimiento tan pequeño en la superficie del pecho, el sistema del equipo utiliza el aprendizaje automático para ayudar al altavoz inteligente a localizar señales de latidos cardíacos regulares e irregulares.
Cuando los investigadores probaron este sistema en participantes sanos y pacientes cardíacos hospitalizados, el altavoz inteligente detectó latidos cardíacos que coincidían estrechamente con los latidos detectados por los monitores de latidos cardíacos estándar. El equipo publicó estos hallazgos el 9 de marzo en Communications Biology.
«Los latidos cardíacos regulares son lo suficientemente fáciles de detectar, incluso si la señal es pequeña, porque puede buscar un patrón periódico en los datos», dijo el codirector autor Shyam Gollakota, profesor asociado de la Universidad de Washington en la Escuela Paul G. Allen de Ciencias de la Computación e Ingeniería. «Pero los latidos cardíacos irregulares son realmente desafiantes porque no existe tal patrón. No estaba seguro de que sería posible detectarlos, así que me sorprendió gratamente que nuestros algoritmos pudieran identificar los latidos cardíacos irregulares durante las pruebas con pacientes cardíacos».
Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una nueva habilidad para un altavoz inteligente que actúa como un monitor sin contacto para latidos cardíacos regulares e irregulares. Aquí, el coautor, el Dr. Dan Nguyen, instructor clínico de la Facultad de Medicina de la UW, utiliza el prototipo de altavoz inteligente del equipo (recuadro blanco en la esquina inferior izquierda) para demostrar cómo funciona el sistema. Crédito: Mark Stone/Universidad de Washington
Si bien muchas personas están familiarizadas con el concepto de frecuencia cardíaca, los médicos están más interesados en la evaluación del ritmo cardíaco. La frecuencia cardíaca es el promedio de los latidos del corazón a lo largo del tiempo, mientras que un ritmo cardíaco describe el patrón de los latidos del corazón.
Por ejemplo, si una persona tiene una frecuencia cardíaca de 60 latidos por minuto, podría tener un ritmo cardíaco normal. latido cada segundo o un ritmo cardíaco irregular los latidos se dispersan aleatoriamente a lo largo de ese minuto, pero aun así tienen un promedio de 60 latidos por minuto.
«Los trastornos del ritmo cardíaco son en realidad más comunes que algunas otras afecciones cardíacas conocidas. Arritmias cardíacas puede causar morbilidades importantes, como accidentes cerebrovasculares, pero su ocurrencia puede ser muy impredecible y, por lo tanto, difícil de diagnosticar», dijo el coautor principal, el Dr. Arun Sridhar, profesor asistente de cardiología en la Facultad de Medicina de la UW. «La disponibilidad de una prueba de bajo costo que se puede realizar con frecuencia y en la comodidad del hogar puede cambiar las reglas del juego para ciertos pacientes en términos de diagnóstico y manejo tempranos».
Investigadores de la Universidad de Washington han desarrollado una nueva habilidad para un altavoz inteligente que actúa como un monitor sin contacto para latidos cardíacos regulares e irregulares. Aquí, el autor principal Anran Wang, estudiante de doctorado de la Universidad de Washington en la Escuela de Ciencias de la Computación & Paul G. Allen; Engineering, se sienta con el prototipo de altavoz inteligente (recuadro blanco en primer plano) que el equipo utilizó para el estudio. Crédito: Mark Stone/Universidad de Washington
La clave para evaluar el ritmo cardíaco radica en identificar los latidos cardíacos individuales. Para este sistema, la búsqueda de los latidos del corazón comienza cuando una persona se sienta entre 1 y 2 pies frente al altavoz inteligente. Luego, el sistema reproduce un sonido continuo inaudible, que rebota en la persona y luego regresa al altavoz. En función de cómo ha cambiado el sonido devuelto, el sistema puede aislar los movimientos de la persona, incluido el ascenso y descenso de su pecho mientras respira.
«El movimiento de la respiración de alguien es mucho más grande en la pared torácica que el movimiento de los latidos del corazón, por lo que representa un gran desafío», dijo el autor principal Anran Wang, estudiante de doctorado en la Escuela Allen. «Y la señal de respiración no es regular, por lo que es difícil simplemente filtrarla. Aprovechando el hecho de que los parlantes inteligentes tienen múltiples micrófonos, diseñamos un nuevo algoritmo de formación de haces para ayudar a los parlantes a encontrar los latidos del corazón».
El equipo diseñó lo que se llama un algoritmo de aprendizaje automático autosupervisado, que aprende sobre la marcha en lugar de un conjunto de entrenamiento. Este algoritmo combina señales de todos los múltiples micrófonos del parlante inteligente para identificar la esquiva señal del latido del corazón.
«Esto es similar a cómo Alexa siempre puede encontrar mi voz incluso si estoy reproduciendo un video o si hay varias personas hablando en la habitación», dijo Gollakota. «Cuando digo ‘Hola, Alexa’, los micrófonos trabajan juntos para encontrarme en la habitación y escuchar lo que digo a continuación. Eso es básicamente lo que está sucediendo aquí, pero con el latido del corazón».
El latido del corazón las señales que detecta el altavoz inteligente no se parecen a los picos típicos que comúnmente se asocian con los monitores de latidos cardíacos tradicionales. Los investigadores utilizaron un segundo algoritmo para segmentar la señal en latidos cardíacos individuales para que el sistema pudiera extraer lo que se conoce como el intervalo entre latidos, o la cantidad de tiempo entre dos latidos cardíacos.
«Con este método, no recibimos la señal eléctrica del corazón que se contrae. En cambio, vemos las vibraciones en la piel cuando el corazón late», dijo Wang.
Los investigadores probaron un prototipo de altavoz inteligente que ejecuta este sistema en dos grupos: 26 participantes sanos y 24 pacientes hospitalizados con diversas afecciones cardíacas, incluidas fibrilación auricular e insuficiencia cardíaca. El equipo comparó el intervalo entre latidos del altavoz inteligente con el de un monitor de latidos cardíacos estándar. De los casi 12,300 latidos del corazón medidos para los participantes sanos, el intervalo medio entre latidos del altavoz inteligente estaba dentro de los 28 milisegundos del monitor estándar. El altavoz inteligente funcionó casi tan bien con pacientes cardíacos: de los más de 5600 latidos cardíacos medidos, la mediana del intervalo entre latidos estuvo dentro de los 30 milisegundos del estándar.
Actualmente, este sistema está configurado para controles puntuales: Si a una persona le preocupa su ritmo cardíaco, puede sentarse frente a un altavoz inteligente para obtener una lectura. Pero el equipo de investigación espera que las versiones futuras puedan monitorear continuamente los latidos del corazón mientras las personas duermen, algo que podría ayudar a los médicos a diagnosticar condiciones como la apnea del sueño.
«Si tiene un dispositivo como este, puede monitorear a un paciente sobre una base extendida y definir patrones que son individualizados para el paciente. Por ejemplo, podemos determinar cuándo ocurren las arritmias para cada paciente específico y luego desarrollar los planes de atención correspondientes que se adaptan cuando los pacientes realmente los necesitan», dijo Sridhar. «Este es el futuro de la cardiología. Y la belleza de usar este tipo de dispositivos es que ya están en los hogares de las personas».
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Primer sistema de altavoces inteligentes que usa ruido blanco para controlar la respiración de los bebés Información de la revista: Communications Biology
Proporcionado por la Universidad de Washington Cita: Primer sistema de IA para la monitorización sin contacto del ritmo cardíaco mediante altavoces inteligentes (9 de marzo de 2021) consultado el 30 de agosto de 2022 en https://medicalxpress.com/news/2021-03-ai-contactless-heart-rhythm-smart.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.