Naukowcy z Google zmierzyli tętno z pomocą słuchawek

Standardowe słuchawki z funkcją redukcji szumów mogą precyzyjnie mierzyć tętno – wynika z nowego badania. Do tego wystarczy prosta aktualizacja oprogramowania.

Tętno jest najczęściej monitorowanym sygnałem zdrowotnym, dostępnym niemal we wszystkich technologiach do noszenia, takich jak inteligentne zegarki albo opaski fitness. Umożliwia to technologia fotopletyzmografii (PPG), która wykorzystuje impulsy świetlne do pomiaru przepływu krwi. To dlatego pod kopertą smartwacha znajdują się migające z dużą częstotliwością diody. W podobny sposób mierzona jest też saturacja.

Naukowcy Google postanowili sprawdzić, czy badanie tętna można przeprowadzić z zastosowaniem powszechnie dostępnej elektroniki, a dokładnie zwykłych słuchawek. W tym celu pod lupę wzięli inne podejście, zwane audiopletyzmografią (APG), wykorzystujące ultradźwięki do pomiaru tętna. Następnie sprawdzili, czy standardowe słuchawki z tzw. aktywną redukcją szumów (ANC) się do tego nadają. I nie mylili się – wystarczyła nieskomplikowana aktualizacja oprogramowania oparta na opracowanym wcześniej modelu matematycznym.

Jak to działa? Technologia opiera się na odbijaniu sygnału ultradźwiękowego o niskiej intensywności od wnętrza kanału słuchowego i wykorzystaniu maleńkiego mikrofonu sprzężenia zwrotnego, który pomaga funkcji redukcji szumu (ANC) w wykrywaniu zaburzeń powierzchni skóry, gdy przepływa przez nią krew. Ponieważ objętość kanałów słuchowych nieznacznie zmienia się wraz z deformacjami naczyń krwionośnych, bicie serca moduluje echa ultradźwiękowe. Nową metodę monitorowania pracy serca z użyciem słuchawek z aktywną redukcją szumów (ANC) opisano na stronie Google Research.

Według naukowców, nowa technika pomiaru jest „odporna” nawet przy złym uszczelnieniu ucha, różnym rozmiarze kanału słuchowego oraz różnych odcieniach skóry. Zwłaszcza ostatni element ma duże znaczenie, ponieważ dokładność tętna przy ciemniejszych naturalnych odcieniach skóry lub tatuażach była do tej pory dużym wyzwaniem dla smartwatchy i innych urządzeń do noszenia.

Naukowcy Google twierdzą, że metoda ultradźwiękowa działa dobrze podczas odtwarzania muzyki, ale ograniczeniem jest hałaśliwe otoczenie. Sygnał pomiarowy może czasami być bardzo głośny, a ruchy ciała mogą go zakłócić. To ostatnie ograniczenie da się jednak ominąć używając wielu częstotliwości i wyodrębniając spośród nich najdokładniejszy sygnał.

Badanie przeprowadzone z udziałem 153 uczestników w okresie 8 miesięcy dowiodło dużą dokładność pomiaru: APG osiąga niezmiennie wysoką dokładność pomiaru tętna (mediana błędu 3,21%) i zmian tętna (2,70%).

Na rynku są już wprawdzie słuchawki monitorujące tętno, ale opierają się na fotopletyzmografii PPG i mogą być bardzo wrażliwe na intensywny ruch lub złe dopasowanie.

Czytaj także: Olsztyński szpital uruchomił pracownię druku 3D