Российские ученые создали разработку, которая снизит риск сердечных приступов и инсультов на опасных работах — Naked Science
11 минут
Сколтех

Российские ученые создали разработку, которая снизит риск сердечных приступов и инсультов на опасных работах

4.5

Специалисты Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха научились использовать данные стандартных носимых пульсометров для уменьшения ошибки измерения артериального давления. Разработанные алгоритмы на основе технологий машинного обучения и глубоких нейронных сетей в будущем станут применяться в компактных устройствах непрерывного мониторинга здоровья сотрудников на опасных работах и людей из различных групп риска.

Машинист поезда / ©Getty images

Повышение артериального давления зачастую происходит незаметно для человека. Однако такое отклонение от нормы резко увеличивает вероятность развития болезней сердца. Для своевременной диагностики проблем, связанных с изменением давления (гипертония или гипотония), врачу нужны данные регулярных наблюдений. Резкие скачки давления как вверх, так и вниз, не только представляют угрозу здоровью конкретного человека, но и могут создать опасность для других людей, если потеря сознания, сердечный приступ или инсульт случатся, к примеру, у водителя автобуса, пилота или машиниста.

Привычный способ измерения артериального давления – с манжетой, которую накладывают на руку, – прост, но недостаточно «мобилен». Трудно представить себе таксиста или крановщика, то и дело отвлекающихся на такую процедуру. В то же время другой показатель работы сердца – пульс – давно можно достаточно точно измерить пульсометром, который представляет собой небольшое носимое устройство. Установленный в нем светодиод направляет на запястье луч света, который отражается и принимается фоторезистором (датчик, чувствительный к уровню освещенности).

Часть прошедшего через кожу света поглощается кровью, которая течет по артерии, а часть — отражается обратно и попадает в фоторезистор. Этот метод измерения пульса, фотоплетизмография, основан на том, что объем крови в артерии зависит от текущей фазы пульса, поэтому отраженный свет тоже пульсирует в ритм с сердцем.

Фотоплетизмографию довольно давно предложили использовать для измерения давления, однако достигаемая точность измерения не была достаточной с точки зрения врачей. Только в последние годы, с развитием технологий компактных датчиков и с увеличением скорости обработки цифровых сигналов, стало возможным предложить медицинскому сообществу тонометр в носимом форм-факторе (чему свидетельствуют обильно появляющиеся на полках компактные тонометры и измеряющие давление «умные» часы). Команда ученых Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха под руководством профессора Дмитрия Дылова в ходе исследований поняла, как можно с помощью искусственного интеллекта максимально полезно использовать данные фотоплетизмографии для уменьшения ошибки измерения артериального давления в носимых приборах.

Исследования осуществлены при финансовой поддержке НТИ. «Я очень рад, что под эгидой НТИ рождается целый ряд абсолютно новых прорывных проектов, в том числе в области искусственного интеллекта в медицине. В их числе разработка команды профессора Дылова, а также успешно завершенный проект «CoBrain-Аналитика» НТИ, флагманские наработки которого, как известно, составили основу создающейся экосистемы для развития искусственного интеллекта в здравоохранении России, которую координирует СберМедИИ», – комментирует Александр Кулешов, академик РАН и ректор Сколтеха.

Как поясняет Дмитрий Дылов, устройство на запястье измеряет не сам пульс, а пульсовую волну целиком, включая все ее изгибы формы, временные задержки и даже те абстрактные признаки, которые человеческому глазу недоступны, но зато «видны» нейронным сетям искусственного интеллекта. «В форме такой волны содержится много полезной информации, которую классические методы обработки сигналов раньше были не в состоянии уловить. В результате можно вычислить и вывести на экран показатели артериального давления с точностью, превосходящей точность измерения других компактных тонометров», – говорит ученый.

Для обучения нейронных сетей исследователи использовали как снятые датчиками показания из своей лаборатории, так и обширные данные из публично доступных источников. «Также в рамках соглашения со Сколтехом косвенно полезными данными – электрокардиограммой – с нами делится национальный кардиоцентр, за что им огромное спасибо», – отмечает Дылов.

На данный момент команда разработала набор алгоритмов, проведя колоссальную работу по сравнению существующих подходов для анализа данных фотоплетизмограмм, что позволило понять их ограничения и, соответственно, увидеть «нишу» для изобретений. «На данном этапе мы занимаемся настройкой и адаптацией алгоритмов для разных наборов данных и устройств. Также мы создали действующий прототип носимого тонометра для лабораторных испытаний и отработки взаимодействия программного обеспечения и аппаратного решения», – говорит главный инженер проекта Евгений Борисов.

«Наш ориентир – максимальная совместимость с устройствами и программными средами. В целом, конкуренцию на рынке выдерживают только те алгоритмы, которые изначально направлены на универсальность. Любой, кто уже пользуется смарт-часами, все поймет без дополнительных объяснений, увидев показатели давления на экране. Сами настройки могут быть разными. К примеру, замеры будут делаться с какой-то периодичностью или по требованию, а результаты могут храниться на устройстве, передаваться врачу или в центр управления медицинского учреждения. Но все это нюансы цифровых платформ и стандартов, частью которых становятся такие устройства», – добавляет Дылов.

Он отмечает, что уже сегодня публикуются научные статьи, в которых функциональное пульсирование крови на коже пациентов удается восстановить из аналитики простой видеосъемки. «Пока по точности измерения эти технологии далеки от совершенства, однако неоспорим интерес инвесторов, что неизбежно приведет к стимулированию разработок алгоритмов «удаленного сенсинга» и к появлению соответствующих продуктов в будущем», — заключает Дылов. 

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Сколковский институт науки и технологий — негосударственный технологический университет, расположенный в инновационном центре Сколково. Институт был создан в 2011 году при поддержке Массачусетского технологического института. Модель института предусматривает тесную интеграцию технологического образования, исследовательской работы и предпринимательских навыков. Институт ведёт обучение по программам магистратуры и PhD, рабочий язык — английский.
Вчера, 19:08
6 минут
Илья Ведмеденко

По данным американских и южнокорейских источников, новая северокорейская субмарина массой в 3000 тонн готова к спуску на воду. Предполагается, что она сможет нести три баллистические ракеты.

Вчера, 13:02
5 минут
Илья Ведмеденко

Разработчики из Центрального конструкторского бюро «Рубин» провели презентацию концепта ныряющего патрульного корабля «Страж». Предполагается, что он заинтересует иностранных заказчиков.

Вчера, 20:31
2 минуты
Илья Ведмеденко

Согласно планам компании Leonardo, начало сертификации первого конвертоплана AW609 намечено на конец лета этого года. Сейчас продолжается подготовка к его серийному производству.

8 апреля
13 минут
Мария Азарова

Когда знаменитый епископ Лунда Педер Винструп умер, его похоронили в семейном склепе в Лундском соборе вместе с женой. После реставрации собора в XIX веке гробы перенесли в общее хранилище, а в 2012 году ученые решили исследовать мумифицированные останки. Неожиданно в ногах Винструпа обнаружили небольшой кулек — завернутое в ткань тело недоношенного ребенка. Это открытие вызвало резонный вопрос: как эмбрион попал в гроб к епископу и имели ли они родственную связь?

Позавчера, 06:49
7 минут
Александр Речкин

12 апреля исполняется 60 лет со дня первого полета человека в космос. В 1961 году советский космонавт Юрий Гагарин на космическом корабле стартовал с космодрома Байконур и впервые в мире совершил орбитальный облет Земли. Полет в околоземном космическом пространстве продлился один час и 48 минут, после чего Гагарин успешно приземлился.

9 апреля
51 минута
Александр Березин

9 апреля 1940 года Германия внезапно напала на Данию и Норвегию — выполнив тем самым планы британского командования, пытавшегося спровоцировать Берлин на такое нападение. Но дальше все пошло не по плану: Германия победила, союзники проиграли. Тем не менее в этой битве выиграли не только немцы. Парадоксальным образом она помешала и англо-французским планам нападения на СССР в 1940 году, что радикально изменило ход и исход всей мировой войны. Попробуем разобраться в деталях.

17 марта
12 минут
Василий Парфенов

Продолжавшееся более пяти лет уголовное дело подошло к завершению: серийного сетевого сексуального маньяка осудили на 75 лет тюремного заключения. Чтобы поймать человека, растлившего 375 несовершеннолетних девушек, потребовалось пойти на беспрецедентные и этически спорные меры: создать вредоносное ПО и подсунуть злоумышленнику видеоловушку со встроенным вирусом.

25 марта
36 минут
Александр Березин

Улыбающийся мультимиллиардер планирует понять, насколько эффективно мел в стратосфере защищает планету от солнечного света, и если результат хорош, распылить его там в гигантских количествах. Потенциально это результативная задумка: ученые давно показали, что так можно добиться полного покрытия Земли устойчивыми льдами — вплоть до экватора. Увы, идея Гейтса — плагиат, причем не лучший. Советский исследователь предложил похожее полвека назад с более эффективной серой. Интереснее другое: подобные мероприятия один раз едва не уничтожили человечество. Разбираемся в деталях, а также в том, грозит ли нам повторение.

31 марта
51 минута
Александр Березин

Самый зловещий оружейный проект всех времен и народов — термоядерная торпеда, предназначенная для радиационного поражения огромных площадей и создания искусственного цунами. Никогда до этого ни одна страна даже не заявляла о намерении сделать нечто настолько опасное для живых существ. Поэтому российский проект «Посейдон», обещающий именно это, вызывает бурю эмоций. Однако тщательный технический анализ показывает: в реальности он будет совсем не таким, как об этом пишут в СМИ. Даже если он предназначен для радиационного поражения обширных площадей, оно не будет долгим. А уже через год «омытые» им районы будут абсолютно безопасны. Тем не менее новая система действительно изменит стратегический баланс на планете — но не так, как все думают. Попробуем разобраться в ситуации подробнее.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: