Le système permet la surveillance sans contact du rythme cardiaque à l'aide de haut-parleurs intelligents

Les haut-parleurs intelligents se sont révélés aptes à surveiller certains problèmes de santé à domicile, notamment la détection d'un arrêt cardiaque ou la surveillance de la respiration des bébés. Désormais, les haut-parleurs peuvent être utilisés pour suivre le mouvement infime des battements de cœur individuels d'une personne assise devant le haut-parleur.

Le système surveille les battements cardiaques réguliers et irréguliers sans contact physique. Il envoie des sons inaudibles du haut-parleur dans une pièce et, en fonction de la manière dont les sons sont réfléchis vers le haut-parleur, il peut identifier et surveiller les battements de cœur individuels. Parce que le rythme cardiaque est un si petit mouvement sur la surface de la poitrine, le système utilise l'apprentissage automatique pour aider le locuteur à localiser les signaux des battements cardiaques réguliers et irréguliers. Lorsqu'il a été testé sur des participants en bonne santé et des patients cardiaques hospitalisés, le haut-parleur intelligent a détecté des battements cardiaques qui correspondaient étroitement aux battements détectés par les moniteurs de rythme cardiaque standard.

Alors que de nombreuses personnes connaissent le concept de fréquence cardiaque, les médecins s'intéressent davantage à l'évaluation du rythme cardiaque. La fréquence cardiaque est la moyenne des battements cardiaques au fil du temps, tandis qu'un rythme cardiaque décrit le schéma des battements cardiaques. Si une personne a une fréquence cardiaque de 60 battements par minute, elle peut avoir un rythme cardiaque régulier – un battement par seconde – ou un rythme cardiaque irrégulier – les battements sont répartis au hasard sur cette minute, mais ils atteignent toujours en moyenne 60 battements par minute.

Les troubles du rythme cardiaque sont en fait plus fréquents que certaines autres maladies cardiaques bien connues. Les arythmies cardiaques peuvent entraîner des morbidités majeures telles que les accidents vasculaires cérébraux, mais peuvent être très imprévisibles et donc difficiles à diagnostiquer. La clé de l'évaluation du rythme cardiaque réside dans l'identification des battements cardiaques individuels. Pour ce système, la recherche des battements cardiaques commence lorsqu'une personne s'assoit à moins de 1 à 2 pieds devant le haut-parleur intelligent.

Ensuite, le système joue un son continu inaudible qui rebondit sur la personne, puis revient au haut-parleur. En fonction de l'évolution du son renvoyé, le système peut isoler les mouvements de la personne, y compris la montée et la descente de sa poitrine pendant qu'elle respire.

Le mouvement de la respiration de quelqu'un est d'un ordre de grandeur plus grand sur la paroi thoracique que le mouvement des battements de cœur, ce qui pose un défi. De plus, le signal respiratoire n'est pas régulier, il est donc difficile de le filtrer simplement. Étant donné que les haut-parleurs intelligents ont plusieurs microphones, un algorithme de formation de faisceaux a été conçu pour aider les haut-parleurs à trouver les battements de cœur.

L'équipe a conçu un algorithme d'apprentissage automatique auto-supervisé, qui apprend à la volée plutôt qu'à partir d'un ensemble de formation. Cet algorithme combine les signaux de tous les microphones multiples de l'enceinte intelligente pour identifier le signal de battement de cœur insaisissable.

Les signaux de battement de cœur que le haut-parleur intelligent détecte ne ressemblent pas à ceux qui sont généralement associés aux moniteurs de battement de cœur traditionnels. Les chercheurs ont utilisé un deuxième algorithme pour segmenter le signal en battements cardiaques individuels afin que le système puisse extraire ce que l'on appelle l'intervalle inter-battements, ou la durée entre deux battements cardiaques.

Les chercheurs ont testé un prototype de haut-parleur intelligent exécutant ce système sur deux groupes :26 participants en bonne santé et 24 patients hospitalisés souffrant de divers problèmes cardiaques, notamment la fibrillation auriculaire et l'insuffisance cardiaque. L'équipe a comparé l'intervalle entre les battements du haut-parleur intelligent avec celui d'un moniteur de rythme cardiaque standard. Sur les près de 12 300 battements cardiaques mesurés pour les participants en bonne santé, l'intervalle médian entre les battements du haut-parleur intelligent était à moins de 28 millisecondes du moniteur standard. Le haut-parleur intelligent a fonctionné presque aussi bien avec les patients cardiaques :sur plus de 5 600 pulsations cardiaques mesurées, l'intervalle médian entre les battements était inférieur à 30 millisecondes par rapport à la norme.

Actuellement, le système est configuré pour des contrôles ponctuels. Si une personne est préoccupée par son rythme cardiaque, elle peut s'asseoir devant un haut-parleur intelligent pour obtenir une lecture. Mais l'équipe espère que les futures versions pourront surveiller en continu les battements cardiaques pendant que les gens dorment, ce qui pourrait aider les médecins à diagnostiquer des conditions telles que l'apnée du sommeil.