Wetenschappers onderzoeken hoe slimme luidspreker hartslag kan meten

Wetenschappers aan de Washington University in de Verenigde Staten zijn er in geslaagd om met slimme luidsprekers contactloos de hartslag te meten. De resultaten zijn eerder deze maand gepubliceerd in het wetenschapsblad Nature.

Het was voor de onderzoekers niet gemakkelijk om met de bestaande smart speakers van Apple, Amazon en Google te werken. Normaal gesproken krijgen third party ontwikkelaars en wetenschappers geen inzicht in de gebruikersdata die de microfoon opvangt, aangezien dit privacygevoelige informatie is. De onderzoekers hebben daarom een waarheidsgetrouwe simulatie uitgevoerd op basis van de samenstelling van een Alexa Echo Dot luidspreker. Er werden 7 microfoontjes aan een enkel apparaat toegevoegd met dezelfde gevoeligheid en in de dezelfde configuratie als de Alexa Echo Dot. De onderzoekers hebben vervolgens algoritmes ontwikkeld die gevoelige lichaamstrillingen detecteren, de ruis in de vorm van ademhaling en omgevingsgeluiden filteren en de ontvangen signalen analyseren op basis van machine learning technieken. Machine learning is een vorm van AI, waarbij een algoritme wordt getraind op basis van vergaarde data, zodat er nog accurater en op voorspellende wijze kan worden gemeten.

Sonar methode

Voor het onderzoek is geen gebruikgemaakt van de gangbare ECG methode (hartfilmpje), die de elektrische signalen van het hart in kaart brengt. Het systeem van de onderzoekers werkt als een soort mini sonarsysteem, waarbij een onhoorbaar geluid (18-22 KHz) wordt uitgezonden richting de gebruiker, die binnen een meter van de slimme luidspreker staat. Aan de hand van de echo die het lichaam terugkaatst wordt de hartslag en de hartslagvariabiliteit (IBI) bij regelmatige en onregelmatige hartritmes gemeten. Dit kan omdat de huid licht trilt wanneer het hart klopt. De gebruiker hoeft dus alleen maar in de buurt van een slimme luidspreker te staan om zichzelf te laten meten. Het gebruik van een extra wearable is niet nodig. Inmiddels is deze slimme luidspreker simulatie getest bij gezonde testpersonen en bij hartpatiënten. De onderzoekers stellen dat de resultaten van deze sonarmethode even accuraat zijn als de resultaten die worden vergaard via een ECG-hartmeting. Bovendien kan een dergelijke sonarmeting gemakkelijk worden uitgevoerd met de bestaande smart speakers, aldus de onderzoekers. Ze stellen dat de Google Home en de Alexa Echo Dot speakers al de juiste audio hardware bevatten, zodat ze slechts met kleine aanpassingen de hartslag kunnen gaan meten.

Voordelen contactloze hartmeting

De onderzoekers veronderstellen dat een dergelijke contactloze meting gebruikt kan worden wanneer mensen in zelfisolatie zitten en/of besmettelijk zijn, waardoor een hartmeting met behulp van een arts niet gewenst is. Ook zien ze het als oplossing voor mensen die een huidallergie hebben en zich niet met een wearable kunnen laten testen. Tot slot benoemen ze de ontwikkeling van remote diagnostics in de afgelopen jaren, waarbij mensen thuis veel vaker en op gebruiksvriendelijke wijze gezondheidsmetingen uitvoeren met thuismeetapparatuur als bloeddrukmeters, zuurstofsaturatiemeters of slimme weegschalen. De data wordt vervolgens digitaal bijgehouden en kan bij onregelmatigheden direct worden verstuurd naar de huisarts of het ziekenhuis. Zo worden aandoeningen in een vroeg stadium opgespoord en kunnen patiënten sneller worden behandeld.

Metingen op basis van stem

Het is overigens niet de eerste keer dat een slimme luidspreker in verband wordt gebracht met hartmetingen. Afgelopen jaar bleek uit Israëlisch onderzoek dat op basis van de stem tijdens het praten kan worden bepaald of er een verhoogde kans is op hartfalen. De spraaksignaalkenmerken van duizenden hartpatiënten werden vijf jaar lang geanalyseerd. Daaruit konden honderden akoestische kenmerken worden opgesteld die als input fungeerden voor het onderzoeksmodel. Uiteindelijk bleek er een correlatie te zijn tussen de stem van een hartpatiënt en het daadwerkelijke hartfalen in de jaren daaropvolgend. Een aantal van deze onderzoekers is sinds afgelopen jaar werkzaam bij Vocalis Health, een startup die op basis van een zogenaamde vocal biomarker in hun meetapparaat bepaalt of iemand mogelijk besmet is met COVID-19. Inmiddels blijkt de test in meer dan 80 procent van de gevallen accuraat te zijn. Afgelopen najaar nam Snap Inc., het bedrijf achter Snapchat, een vergelijkbare startup over voor 70 miljoen dollar. Dit bedrijf, Voca.ai, meent ook op basis van de stem van een gebruiker te kunnen bepalen of er waarschijnlijk sprake is van een besmetting met het coronavirus.