超強博士設計新型演算法,用 HomePod「隔空」檢測你的心律!

HomePod

【我們為什麼挑選這篇文章】一般對於 Apple HomePod 的認知大多做為居家娛樂的使用,舉凡它的功能如與語音助理 Siri 溝通、傳送訊息/撥接電話、支援 Apple Music 播放以及聲控 Apple HomeKit 智慧家庭裝置等。近日有研究團隊針對 HomePod 進行改造,讓 HomePod 具備「監測心律」的功能,怎麼做到的?(責任編輯:賴佩萱)

本文經 AI 新媒體量子位(公眾號 ID:QbitAI)授權轉載,轉載請連繫出處
作者:量子位

什麼?蘋果 HomePod 也能測心律,你沒有聽錯,不是用 Apple Watch。

來自華盛頓大學的研究團隊對智慧音箱進行了改造,無需接觸皮膚,即可隔空測量心律。

關於這項研究的 論文 ,已經在 Nature 子刊 Communications Biology 上發表。

在家就能自我檢測,減少接觸患病風險

注意,它監測的不只是心率,而是心律。

也就是說,它能夠實現類似 Apple Watch 的心電圖(ECG)功能,監測心跳速率和心跳間隔(RR 間隔),也就是心跳次數和心跳節奏是否規律、均勻。

不同的是,Apple Watch 的 ECG 功能,需要通過新型電子心率監測器來實現,用戶需要將另一隻手的手指放到數字表冠上,來讓 Apple Watch 監測心臟的跳動情況。

而研究團隊開發的這一系統,採用的是 非接觸式方

這種非接觸式方案可以用於遠程醫療,讓患者在居家時也能自我監測,適合居家隔離以及偏遠地區的人群。

同時,設備還能將數據發送給醫生,使臨床數據的獲取更加容易。

此外,這種非接觸式方案對於嬰幼兒和皮膚過敏的人也十分友好。

將這種設備用於監測感染性和傳染病患者,還能夠減少傳播、患病的風險,同時免去耗時又繁瑣的清潔設備的時間。

隔空測「心律」,怎麼做到的?

實現心律監測的關鍵,在於 識別心跳

研究團隊將智慧音箱改造成一個「短距離有源聲納系統」,用來檢測某人皮膚運動的微小變化。

具體來說,人的胸部或脖子等區域,會因脈搏跳動而產生皮膚振動,當一個人距離智慧音箱大約 30~60 厘米之間時,智慧音箱會發出 18~22 kHz 的人類聽不到的聲音訊號,這些訊號會被人體反射,再由麥克風接收。

接著,演算法將這些數據轉換為心率讀數,並且測量出跳動速度的快慢。

由於呼吸動作也會使胸部產生起伏,並且比心跳產生的動作幅度更大,這對研究團隊構成了很大的挑戰。

最終,團隊利用多個麥克風設計了一種新的波束形成演算法,區分呼吸和心跳的胸部位移產生的訊號,幫助揚聲器識別心跳。

研究人員測試了蘋果 HomePod 和亞馬遜 Echo 兩款設備,因為它們分別支持 6 個和 7 個麥克風陣列,可用於複雜的聲學處理。

與神經網路不同,研究人員設計了一種自監督機器學習演算法,不需要標記訓練數據,而是可以通過內置麥克風傳來的不同訊號即時學習。

改造後的智慧音箱性能如何?

研究團隊分別對 26 位健康參與者和 24 位患有不同心臟疾病的患者進行監測,並與標準檢測儀數據進行對比。

首先,研究團隊對健康參與者的近 1.23 萬次心跳進行監測,結果顯示:

智慧音箱與標準儀器所測量的心率,一致性相關係數(CCC)為 0.983,中位數絕對誤差(MAE)為 1 BPM(每分鐘心跳次數)。

而心跳間隔的平均絕對誤差(MAE)為 28 毫秒,完全滿足 49 毫秒的標準偏差要求。

接著,研究團隊對心髒病患者的超過 5600 次心跳進行測量,結果顯示:與標準儀器所測心率的一致性相關係數(CCC)為 0.984,中位數絕對誤差(MAE)為 2 BPM(每分鐘心跳次數)。

對於心跳間隔的測量,智能音箱也僅有 30 毫秒的誤差。

誰做出了蘋果音箱測心律

論文第一作者 王安然 ,目前是華盛頓大學電腦科學專業的博士生,主要研究移動計算和人機交互。他本科畢業於北京航空航天大學,還曾在百度、微軟亞洲研究院實習。

參考連結

theregister》、《washington

(本文經 AI 新媒體量子位 授權轉載,並同意 TechOrange 編寫導讀與修訂標題,原文標題為 〈華人小哥用蘋果音箱「隔空」測心律,論文登上 Nature 子刊 〉;首圖來源:piqsels。)

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