Смартфон сможет измерять пульс при разблокировке: новая технология открывает путь к массовому мониторингу здоровья

Носимые устройства, такие как умные часы и фитнес-браслеты, за последние годы существенно изменили подход к контролю здоровья. Они круглосуточно собирают данные о состоянии организма, отслеживая частоту сердечных сокращений, уровень кислорода в крови, качество сна и другие важные показатели. Однако ученые нашли способ измерять пульс без необходимости носить какие-либо устройства.

Исследователи разработали новую технологию, которая позволяет контролировать частоту сердечных сокращений с помощью обычного смартфона. Для работы системы не требуются специальные датчики или дополнительное оборудование. Достаточно того, что пользователь регулярно разблокирует свой телефон. Согласно результатам исследования, опубликованного в журнале Nature, технология использует фронтальную камеру смартфона. Каждый раз при разблокировке устройства камера записывает короткое восьмисекундное видео.

Затем алгоритмы искусственного интеллекта анализируют полученные кадры и определяют частоту сердечных сокращений по едва заметным изменениям цвета кожи лица, возникающим из-за движения крови по сосудам. В основе разработки лежит метод дистанционной фотоплетизмографии (rPPG). При каждом ударе сердца объем крови в сосудах лица немного изменяется, что влияет на количество отраженного кожей света. Эти изменения практически невозможно заметить невооруженным глазом, однако современные камеры и системы машинного обучения способны их обнаружить и использовать для расчета пульса.

Особое внимание исследователи уделили вопросам конфиденциальности. Все видеозаписи первоначально сохранялись исключительно на устройствах участников эксперимента и не передавались исследователям без отдельного подтверждения пользователя. Для обучения нейросети ученые привлекли 696 добровольцев разного возраста, пола и с различными оттенками кожи. Более 192 тысяч видеозаписей, полученных от 485 участников, использовались для обучения системы пассивного мониторинга сердечного ритма (PHRM). После завершения обучения алгоритма его эффективность проверили на отдельной группе из 211 человек. Испытания проводились как в лабораторных условиях, так и в повседневной жизни.

Результаты оказались весьма впечатляющими. Система продемонстрировала высокую точность измерений при различных условиях освещения. Сравнение с эталонными электрокардиограммами показало, что погрешность измерения пульса не превышала 10%, что соответствует действующим отраслевым стандартам. Не менее важным достижением стало то, что технология одинаково хорошо работала для людей с разным цветом кожи. Многие существующие системы дистанционного мониторинга здоровья демонстрируют заметное снижение точности при работе с темной кожей, однако новая разработка смогла избежать этой проблемы. Кроме измерения текущего пульса, система научилась оценивать частоту сердечных сокращений в состоянии покоя — один из важнейших показателей сердечно-сосудистого здоровья.

Объединяя множество коротких измерений, полученных в течение дня, алгоритм смог рассчитывать этот параметр почти так же точно, как профессиональные нагрудные датчики, используемые спортсменами и врачами. Авторы исследования отмечают, что сегодня около 69% взрослых людей в мире владеют смартфонами, а в США этот показатель достигает 90%. В среднем пользователь взаимодействует со своим телефоном около 144 раз в сутки. Благодаря столь широкому распространению смартфонов новая технология потенциально способна сделать мониторинг состояния сердца доступным для миллиардов людей, включая жителей регионов с ограниченным доступом к медицинской помощи.

Ученые считают, что после дополнительной проверки на более крупных группах населения и решения всех вопросов, связанных с защитой персональных данных, подобные системы могут стать важным инструментом раннего выявления сердечно-сосудистых заболеваний. При этом исследователи задаются еще более интересным вопросом: если обычный смартфон способен определять частоту сердечных сокращений, то какие еще показатели здоровья можно будет отслеживать с помощью мобильных устройств в ближайшем будущем?

• Искривлённый графен показал скрытый «переключатель» сверхпроводимости
• Роботы-гуманоиды идут в школу: в Китае готовят машины к реальной жизни
• Популярные чат-боты ИИ имеют тревожную уязвимость в шифровании — это означает, что хакеры могли легко перехватывать сообщения
• Грибы как компьютерные чипы: учёные создают «живую память» из шиитаке
• Учёные создали трёхслойное микрофлюидное устройство для сверхэффективного охлаждения электроники
• Обычный кристалл оказался идеальным материалом для технологий на сверхнизких температурах
• Учёные научились превращать снимки атомно-силового микроскопа в точные 3D-модели движений белков
• Учёные создали уникальный гидрогель для «неклонируемых» меток безопасности