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首个智能音箱系统无接触检测心律

科学家开发了一套利用像Amazon Echo和Google Home这样的智能音箱,自动监控附近人体心律的系统,即将成为监控家人心脏健康的好帮手。

现在,这些智能音箱可以收听主人的指令控制家里的电器,或监控家人的一些健康问题,比如婴儿的呼吸和在家人心脏病发作的时候发出警报等。

智能音箱示意图

华盛顿大学的人工智能系统工程师利用这些设备,竟然能够准确地测出人体心率这样细微的动静。这些音箱直接“听见”屋内人们的心跳吗?并非如此。

这套系统让音箱持续发出一种人耳听不见的声音,再接收从人体弹回的声音信号,利用人工智能算法分析信号的变化,从中找出人体心跳产生的皮肤细微的颤动,最后确定心律的信息。

撰写这套系统研究报告的主要作者王安然(Anran Wang,音译)说:“人体呼吸导致胸腔起伏的变化,比心跳导致的皮肤颤动强几个数量级,而且呼吸的信号并不规律,无法简单地把呼吸信号从数据中用某种规律过滤去掉,因此要从如此复杂的数据中分离出心跳信号是个很大的挑战。”

确定心跳信号后,系统最终的目标是测出人体的心律。心律是心脏跳动的规律,而心率是心脏每分钟跳的次数。现在智能手表和运动手环这些穿戴设备都是计数人体每分钟心跳的次数。

但是医生更需要知道的是人体的心律,即两次心跳之间时间间隔的规律。例如一个人每分钟心跳60次,这可以是均匀地每秒一次,也有可能是不均匀的跳动。

“心律不齐是常见的一种心脏问题,这可能导致中风,但是这种病症何时发生这很难预料,所以临床并不容易确诊。如果有低成本、可以频繁监控心律的设备,将对这种疾病的及早发现和治疗带来革命性的变化。”华盛顿大学医学院心脏病学助理教授斯里达(Arun Sridhar)说。

研究称,这个系统可以测出音箱前面一两英尺范围内人体的心律。

研究人员分别对26名健康人士和24名患有包括心房颤动和心力衰竭等各种心脏疾病的患者进行检测,并与标准的心律检测仪器测量的结果进行对比。

结果显示,在搜集到健康受试者的12,300次心跳信号中,心律测量值与标准仪器误差在28毫秒内;在心脏病患者的5,600次心跳数据中,心律测量值与标准仪器误差不到30毫秒。

研究人员表示,现在这个系统可以用于随时检测,当人们顾虑自己心律是否正常的时候,坐在这个系统前面进行检测。研究者希望将来改进系统,在人们睡觉的时候持续进行监控,这些数据对医生的诊断很有帮助。

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