Sistem Memungkinkan Pemantauan Irama Jantung Tanpa Kontak Menggunakan Speaker Cerdas

Speaker pintar telah terbukti mahir dalam memantau masalah kesehatan tertentu di rumah termasuk mendeteksi serangan jantung atau memantau pernapasan bayi. Sekarang, speaker dapat digunakan untuk melacak gerakan menit dari detak jantung individu pada seseorang yang duduk di depan speaker.

Sistem memonitor detak jantung teratur dan tidak teratur tanpa kontak fisik. Ini mengirimkan suara yang tidak terdengar dari speaker ke sebuah ruangan dan berdasarkan cara suara dipantulkan kembali ke speaker, itu dapat mengidentifikasi dan memantau detak jantung individu. Karena detak jantung adalah gerakan kecil di permukaan dada, sistem menggunakan pembelajaran mesin untuk membantu pembicara menemukan sinyal dari detak jantung teratur dan tidak teratur. Saat diuji pada peserta sehat dan pasien jantung yang dirawat di rumah sakit, speaker pintar mendeteksi detak jantung yang sangat mirip dengan detak jantung yang terdeteksi oleh monitor detak jantung standar.

Sementara banyak orang yang akrab dengan konsep detak jantung, dokter lebih tertarik pada penilaian irama jantung. Denyut jantung adalah rata-rata detak jantung dari waktu ke waktu, sedangkan irama jantung menggambarkan pola detak jantung. Jika seseorang memiliki detak jantung 60 denyut per menit, mereka dapat memiliki irama jantung yang teratur - satu denyut setiap detik - atau irama jantung yang tidak teratur - denyut secara acak tersebar di menit itu tetapi mereka masih rata-rata sampai 60 denyut per menit.

Gangguan irama jantung sebenarnya lebih umum daripada beberapa kondisi jantung terkenal lainnya. Aritmia jantung dapat menyebabkan morbiditas utama seperti stroke tetapi kejadiannya dapat sangat tidak terduga dan dengan demikian sulit untuk didiagnosis. Kunci untuk menilai irama jantung terletak pada mengidentifikasi detak jantung individu. Untuk sistem ini, pencarian detak jantung dimulai saat seseorang duduk dalam jarak 1 hingga 2 kaki di depan smart speaker.

Kemudian sistem memainkan suara terus menerus yang tidak terdengar yang memantul dari orang tersebut dan kemudian kembali ke speaker. Berdasarkan bagaimana suara yang dikembalikan telah berubah, sistem dapat mengisolasi gerakan pada orang tersebut — termasuk naik turunnya dada mereka saat mereka bernapas.

Gerakan dari pernapasan seseorang adalah urutan besarnya lebih besar di dinding dada daripada gerakan dari detak jantung, yang menimbulkan tantangan. Juga, sinyal pernapasan tidak teratur, sehingga sulit untuk menyaringnya begitu saja. Karena speaker pintar memiliki beberapa mikrofon, algoritme pembentuk sinar dirancang untuk membantu speaker menemukan detak jantung.

Tim merancang algoritme pembelajaran mesin yang diawasi sendiri, yang belajar dengan cepat, bukan dari set pelatihan. Algoritme ini menggabungkan sinyal dari semua beberapa mikrofon speaker pintar untuk mengidentifikasi sinyal detak jantung yang sulit dipahami.

Sinyal detak jantung yang dideteksi oleh speaker pintar tidak terlihat seperti sinyal yang biasanya diasosiasikan dengan monitor detak jantung tradisional. Para peneliti menggunakan algoritme kedua untuk mengelompokkan sinyal menjadi detak jantung individu sehingga sistem dapat mengekstrak apa yang dikenal sebagai interval antar-denyut, atau jumlah waktu antara dua detak jantung.

Para peneliti menguji prototipe speaker pintar yang menjalankan sistem ini pada dua kelompok:26 peserta sehat dan 24 pasien rawat inap dengan beragam kondisi jantung termasuk fibrilasi atrium dan gagal jantung. Tim membandingkan interval antar ketukan speaker pintar dengan satu dari monitor detak jantung standar. Dari hampir 12.300 detak jantung yang diukur untuk peserta yang sehat, interval inter-beat median speaker pintar berada dalam 28 milidetik dari monitor standar. Speaker pintar bekerja hampir sama baiknya dengan pasien jantung:dari lebih dari 5.600 detak jantung yang diukur, interval antar-denyut rata-rata berada dalam 30 milidetik dari standar.

Saat ini, sistem diatur untuk pemeriksaan langsung. Jika seseorang mengkhawatirkan irama jantungnya, mereka dapat duduk di depan speaker pintar untuk membaca. Namun tim berharap versi mendatang dapat terus memantau detak jantung saat orang tertidur — sesuatu yang dapat membantu dokter mendiagnosis kondisi seperti sleep apnea.