Alto-falantes inteligentes, como Amazon Echo e Google Home, provaram ser adeptos do monitoramento de certos problemas de saúde em casa. Por exemplo, pesquisadores da Universidade de Washington mostraram que esses dispositivos podem detectar paradas cardíacas ou monitorar a respiração de bebês.
Mas que tal rastrear algo ainda menor: o movimento mínimo de batimentos cardíacos individuais em uma pessoa sentada em frente a um alto-falante inteligente?
Os pesquisadores da UW desenvolveram uma nova habilidade para um alto-falante inteligente que pela primeira vez monitora batimentos cardíacos regulares e irregulares sem contato físico. O sistema envia sons inaudíveis do alto-falante para uma sala e, com base na maneira como os sons são refletidos de volta para o alto-falante, ele pode identificar e monitorar batimentos cardíacos individuais. Como o batimento cardíaco é um movimento minúsculo na superfície do tórax, o sistema da equipe usa aprendizado de máquina para ajudar o alto-falante inteligente a localizar sinais de batimentos cardíacos regulares e irregulares.
Quando os pesquisadores testaram este sistema em participantes saudáveis e pacientes cardíacos hospitalizados, o alto-falante inteligente detectou batimentos cardíacos que correspondiam muito aos batimentos detectados por monitores de batimentos cardíacos padrão. A equipe publicou essas descobertas em 9 de março na Communications Biology.
“Os batimentos cardíacos regulares são fáceis de detectar, mesmo se o sinal for pequeno, porque você pode procurar um padrão periódico nos dados”, disse o co-autor Shyam Gollakota, professor associado da UW na Escola Paul G. Allen de Ciência da Computação & Engenharia. “Mas batimentos cardíacos irregulares são realmente desafiadores porque não existe tal padrão. Eu não tinha certeza se seria possível detectá-los, então fiquei agradavelmente surpreso que nossos algoritmos pudessem identificar batimentos cardíacos irregulares durante testes com pacientes cardíacos.”
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.
Por exemplo, se uma pessoa tem uma frequência cardíaca de 60 batimentos por minuto, ela poderia ter um ritmo cardíaco regular – uma batida a cada segundo – ou um ritmo cardíaco irregular – as batidas são aleatoriamente espalhadas naquele minuto, mas ainda assim, em média, chegam a 60 batimentos por minuto.
“Distúrbios do ritmo cardíaco são na verdade mais comuns do que algumas outras doenças cardíacas bem conhecidas. Arritmias cardíacas podem causar morbidades importantes, como acidentes vasculares cerebrais, mas podem ser altamente imprevisíveis na ocorrência e, portanto, difíceis de diagnosticar”, disse o co-autor sênior Dr. Arun Sridhar, professor assistente de cardiologia na UW School of Medicine. “A disponibilidade de um teste de baixo custo que pode ser realizado com frequência e na conveniência de casa pode ser uma virada de jogo para alguns pacientes em termos de diagnóstico e tratamento precoce.”
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 30 a 60 centímetros do alto-falante inteligente. Em seguida, o sistema reproduz um som contínuo inaudível, que ricocheteia na pessoa e retorna ao alto-falante. Com base em como o som retornado mudou, o sistema pode isolar os movimentos da pessoa – incluindo a ascensão e queda do tórax conforme ela respira.
“O movimento da respiração de alguém é ordens de magnitude maior na parede torácica do que o movimento dos batimentos cardíacos, então isso representa um grande desafio”, disse o autor principal Anran Wang, estudante de doutorado da Allen School. “E o sinal de respiração não é regular, então é difícil simplesmente filtrá-lo. Usando o fato de que os alto-falantes inteligentes têm vários microfones, projetamos um novo algoritmo de formação de feixe para ajudar os alto-falantes a encontrar os batimentos cardíacos.”
A equipe projetou o que é chamado de algoritmo de aprendizado de máquina autossupervisionado, que aprende na hora em vez de em um conjunto de treinamento. Este algoritmo combina sinais de todos os vários microfones do alto-falante inteligente para identificar o sinal de batimento cardíaco indescritível.
“Isso é semelhante a como Alexa sempre pode encontrar minha voz, mesmo se eu estiver reproduzindo um vídeo ou se houver várias pessoas conversando na sala”, disse Gollakota. “Quando eu digo, ‘Ei, Alexa’, os microfones estão trabalhando juntos para me encontrar na sala e ouvir o que eu digo a seguir. Isso é basicamente o que está acontecendo aqui, mas com os batimentos cardíacos.”
Os sinais de pulsação que o alto-falante inteligente detecta não se parecem com os picos típicos comumente associados aos monitores de pulsação 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.
“Com este método, não estamos recebendo o sinal elétrico da contração do coração. Em vez disso, vemos as vibrações na pele quando o coração bate”, disse Wang.
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 batimentos 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 batimentos 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, este sistema está configurado para verificações pontuais: Se uma pessoa estiver preocupada com seu ritmo cardíaco, ela pode se sentar em frente a um alto-falante inteligente para fazer uma leitura. Mas a equipe de pesquisa espera que as versões futuras possam monitorar continuamente os batimentos cardíacos enquanto as pessoas estão dormindo, algo que pode ajudar os médicos a diagnosticar doenças como a apnéia do sono.
“Se você tem um dispositivo como este, você pode monitorar um paciente de forma prolongada e definir padrões que são individualizados para o paciente. Por exemplo, podemos descobrir quando as arritmias estão acontecendo para cada paciente específico e, em seguida, desenvolver planos de cuidados correspondentes que são feitos sob medida para quando os pacientes realmente precisam deles “, disse Sridhar. “Este é o futuro da cardiologia. E a beleza de usar esses tipos de dispositivos é que eles já estão nas casas das pessoas.”
Publicado em 09/03/2021 14h05
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