Ученые разработали лазерную камеру, которая может считывать сердцебиение человека на расстоянии и точно определять признаки сердечно-сосудистых заболеваний.
По словам исследователей из Университета Глазго, эта система, использующая искусственный интеллект и квантовые технологии, может изменить способ контроля за состоянием здоровья.
«Эту технологию можно установить в кабинках в торговых центрах, где люди смогут быстро проверить состояние своего сердца, после чего эти данные могут быть добавлены в их медицинские онлайн-записи», — говорит профессор Даниэле Фаччио из Центра перспективных исследований университета.
«В качестве альтернативы лазерные кардиомониторы могут быть установлены в доме человека как часть системы мониторинга различных параметров здоровья в домашних условиях», — сказал он. Другие устройства могли бы включать мониторы для отслеживания аномалий кровяного давления или едва заметных изменений в походке — раннего признака начала болезни Альцгеймера.
Мониторинг сердцебиения человека на расстоянии будет особенно ценным, поскольку нарушения, в том числе шумы или слишком быстрые или медленные удары сердца, будут предупреждать об опасности инсульта или остановки сердца, добавил Фаччио.
В настоящее время врачи используют стетоскопы для мониторинга сердечных сокращений. Изобретенный в начале XIX века французским хирургом Рене Лаэннеком (чтобы не прикладывать ухо к груди пациентки), стетоскоп состоит из дискообразного резонатора, который, будучи приложенным к телу человека, улавливает шумы, возникающие внутри его организма. Через трубки и наушники они передаются и усиливаются для прослушивания.
«Чтобы правильно пользоваться стетоскопом, требуется обучение», — говорит Фаччио. «Если его слишком сильно прижать к груди пациента, он будет заглушать сигналы сердцебиения. В то же время бывает трудно обнаружить фоновые шумы, которые служат ключевыми признаками дефектов, происходящих за основным сердцебиением».
Система, разработанная Фаччио и его командой, включает в себя высокоскоростные камеры, которые могут записывать изображения со скоростью 2 000 кадров в секунду. Лазерный луч светит на кожу горла человека, а отражения используются для измерения того, насколько сильно поднимается и опускается кожа, когда главная артерия расширяется и сжимается, пропуская через себя кровь. Эти изменения составляют всего несколько миллиардных долей метра.
Такая точность поражает, хотя само по себе отслеживание этих крошечных колебаний было бы недостаточно для отслеживания сердцебиения. «В груди человека происходят и другие, гораздо более значительные движения — например, при дыхании, — которые перекрывают сигналы от сердцебиения».
«Вот тут-то и приходит на помощь искусственный интеллект», — говорит Фаччио. «Мы используем передовые вычислительные системы, чтобы отфильтровать все, кроме вибраций, вызванных сердцебиением человека, хотя этот сигнал гораздо слабее, чем другие шумы, исходящие из его груди. Мы знаем частотный диапазон биения человеческого сердца, и ИИ фокусируется на нем».
Анализ полученных сигналов позволяет медицинскому персоналу обнаружить изменения в частоте сердечных сокращений — не в сравнении со средним статистическим показателем по населению, а в сравнении с особенностями сердечной деятельности конкретного человека. Это делает устройство бесценным для выявления изменений, которые могут происходить в сердце, и для определения конкретных дефектов, говорит Фаччио, чья команда создала стартап-компанию LightHearted AI, которая сейчас ищет венчурный капитал для расширения разработки своих устройств.
«Эта система очень точна», — говорит Фаччио. «Даже если вы живете в одном доме с 10 людьми, она сможет отличить вас от всех остальных, просто посветив лазером на ваше горло и проанализировав сердцебиение по его отражению». Действительно, еще одним применением системы может стать биометрическая идентификация.
«Но главное применение этой технологии, которая, как мы надеемся, будет готова в следующем году, — простое и быстрое измерение сердцебиения вне больниц и кабинетов врачей общей практики. Польза от этого может быть значительной».