Les haut-parleurs intelligents, tels qu’Amazon Echo et Google Home, se sont révélés aptes à surveiller certains problèmes de santé à la maison. Par exemple, des chercheurs de l’Université de Washington ont montré que ces appareils peuvent détecter les arrêts cardiaques ou surveiller la respiration des bébés.
Mais qu’en est-il du suivi de quelque chose d’encore plus petit: le mouvement infime des battements de cœur individuels chez une personne assise devant un haut-parleur intelligent?
Les chercheurs de l’UW ont développé une nouvelle compétence pour un haut-parleur intelligent qui, pour la première fois, surveille les battements cardiaques réguliers et irréguliers sans contact physique. Le système envoie des sons inaudibles du haut-parleur vers une pièce et, en fonction de la façon dont les sons sont réfléchis vers le haut-parleur, il peut identifier et surveiller les battements cardiaques individuels.
Parce que le rythme cardiaque est un mouvement si minuscule sur la surface de la poitrine, le système de l’équipe utilise l’apprentissage automatique pour aider le haut-parleur intelligent à localiser les signaux des battements cardiaques réguliers et irréguliers.
Lorsque les chercheurs ont testé ce système sur des participants en bonne santé et des patients cardiaques hospitalisés, le haut-parleur intelligent a détecté des battements cardiaques qui correspondaient étroitement aux battements détectés par les moniteurs de rythme cardiaque standard. L’équipe a publié ces résultats le 9 mars dans Biologie des communications.
Les battements de cœur réguliers sont assez faciles à détecter même si le signal est petit, car vous pouvez rechercher un modèle périodique dans les données. Mais les battements cardiaques irréguliers sont vraiment difficiles car il n’y a pas de tel schéma. Je n’étais pas sûr qu’il serait possible de les détecter, donc j’ai été agréablement surpris que nos algorithmes puissent identifier des battements cardiaques irréguliers lors de tests avec des patients cardiaques. «
Shyam Gollakota, co-auteur principal de l’étude et professeur agrégé, Paul G. Allen School of Computer Science & Engineering, Université de Washington
Alors que de nombreuses personnes connaissent le concept de fréquence cardiaque, les médecins s’intéressent davantage à l’évaluation du rythme cardiaque. La fréquence cardiaque est la moyenne des battements cardiaques au fil du temps, tandis qu’un rythme cardiaque décrit le modèle des battements cardiaques.
Par exemple, si une personne a une fréquence cardiaque de 60 battements par minute, elle peut avoir un rythme cardiaque régulier – un battement par seconde – ou un rythme cardiaque irrégulier – les battements sont répartis au hasard sur cette minute, mais ils sont toujours moyens. à 60 battements par minute.
«Les troubles du rythme cardiaque sont en fait plus fréquents que certaines autres maladies cardiaques bien connues. Les arythmies cardiaques peuvent provoquer des morbidités majeures telles que des accidents vasculaires cérébraux, mais peuvent être très imprévisibles et donc difficiles à diagnostiquer», a déclaré le co-auteur principal, le Dr Arun Sridhar, professeur adjoint de cardiologie à la faculté de médecine de l’UW. « La disponibilité d’un test à faible coût qui peut être effectué fréquemment et à la convenance de la maison peut changer la donne pour certains patients en termes de diagnostic et de prise en charge précoces. »
La clé pour évaluer le rythme cardiaque réside dans l’identification des battements cardiaques individuels. Pour ce système, la recherche des battements cardiaques commence lorsqu’une personne s’assoit entre 1 et 2 pieds devant le haut-parleur intelligent. Ensuite, le système émet un son inaudible continu, qui rebondit sur la personne puis revient au haut-parleur. En fonction de la façon dont le son renvoyé a changé, le système peut isoler les mouvements de la personne – y compris la montée et la chute de sa poitrine lorsqu’elle respire.
«Le mouvement de la respiration de quelqu’un est d’un ordre de grandeur plus grand sur la paroi thoracique que le mouvement des battements de cœur, ce qui pose un défi de taille», a déclaré l’auteur principal Anran Wang, étudiant au doctorat à l’école Allen. « Et le signal respiratoire n’est pas régulier, il est donc difficile de le filtrer simplement. En utilisant le fait que les haut-parleurs intelligents ont plusieurs microphones, nous avons conçu un nouvel algorithme de formation de faisceaux pour aider les haut-parleurs à trouver les battements cardiaques. »
L’équipe a conçu ce qu’on appelle un algorithme d’apprentissage automatique auto-supervisé, qui apprend à la volée au lieu d’un ensemble de formation. Cet algorithme combine les signaux de tous les microphones multiples du haut-parleur intelligent pour identifier le signal de battement cardiaque insaisissable.
« C’est similaire à la façon dont Alexa peut toujours trouver ma voix même si je lis une vidéo ou s’il y a plusieurs personnes qui parlent dans la pièce », a déclaré Gollakota. « Quand je dis » Hé, Alexa « , les microphones travaillent ensemble pour me trouver dans la pièce et écouter ce que je dis ensuite. C’est essentiellement ce qui se passe ici mais avec le rythme cardiaque. »
Les signaux de rythme cardiaque détectés par le haut-parleur intelligent ne ressemblent pas aux pics typiques généralement associés aux moniteurs de rythme cardiaque traditionnels. Les chercheurs ont utilisé un deuxième algorithme pour segmenter le signal en battements de cœur individuels afin que le système puisse extraire ce que l’on appelle l’intervalle entre les battements, ou la durée entre deux battements de cœur.
« Avec cette méthode, nous n’obtenons pas le signal électrique de la contraction du cœur. Au lieu de cela, nous voyons les vibrations sur la peau lorsque le cœur bat », a déclaré Wang.
Les chercheurs ont testé un prototype de haut-parleur intelligent exécutant ce système sur deux groupes: 26 participants en bonne santé et 24 patients hospitalisés souffrant de diverses affections cardiaques, y compris la fibrillation auriculaire et l’insuffisance cardiaque. L’équipe a comparé l’intervalle entre les battements du haut-parleur intelligent avec celui d’un moniteur de rythme cardiaque standard. Sur les près de 12 300 battements cardiaques mesurés pour les participants en bonne santé, l’intervalle médian entre les battements du haut-parleur intelligent était à moins de 28 millisecondes du moniteur standard. Le haut-parleur intelligent fonctionnait presque aussi bien avec les patients cardiaques: sur plus de 5 600 battements cardiaques mesurés, l’intervalle médian entre les battements était à moins de 30 millisecondes de la norme.
Actuellement, ce système est mis en place pour des contrôles ponctuels: si une personne est préoccupée par son rythme cardiaque, elle peut s’asseoir devant un haut-parleur intelligent pour obtenir une lecture. Mais l’équipe de recherche espère que les futures versions pourront surveiller en permanence les battements cardiaques pendant que les gens dorment, ce qui pourrait aider les médecins à diagnostiquer des conditions telles que l’apnée du sommeil.
«Si vous possédez un appareil comme celui-ci, vous pouvez surveiller un patient de manière prolongée et définir des schémas individualisés pour le patient. Par exemple, nous pouvons déterminer à quel moment des arythmies surviennent pour chaque patient spécifique, puis élaborer des plans de soins correspondants qui sont adaptés au moment où les patients en ont réellement besoin », a déclaré Sridhar. « C’est l’avenir de la cardiologie. Et la beauté de l’utilisation de ces types d’appareils est qu’ils sont déjà chez les gens. »