В России разработан сверхточный пульсометр для работающих на опасных производственных участках

Пульсометры давно стали обычным бытовым прибором для измерения давления и пульса. Ими пользуются миллионы потребителей во всем мире. Но точные измерения такие бытовые приборы проводить не могут, не умеют они фиксировать и малейшую динамику изменений сердечных ритмов и давления. С такими задачами справляются только специальные медицинские устройства.

Специалисты Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха нашли способ решения проблемы точности измерений и предложили следующий компромисс. Они стали использовать показатели обычных бытовых носимых пульсометров для уменьшения ошибки измерения артериального давления.

Разработчики использовали алгоритмы на основе технологий машинного обучения и глубоких нейронных сетей. Эти новации применимы в компактных устройствах непрерывного мониторинга здоровья сотрудников на опасных работах и людей из различных групп риска.

Человек часто не в состоянии заметить скачок артериального давления. Повышение артериального давления зачастую происходит незаметно, в то время как неожиданные изменения давления способствуют росту рисков развития сердечно-сосудистых болезней. Если такие скачки происходят у человека, занятого на опасных работах, то это может угрожать безопасности других людей. Если пилот, машинист или водитель вдруг потеряют во время работы сознания, или произойдет инсульт или сердечный приступ, то пострадают все пассажиры.

Данная проблема очень сложно диагностируется, так как при начале гипертонии или гипотонии пациенты не ведут мониторинга показателей и не могут предоставить их доктору в динамике.

Обычно, в быту, люди измеряют давление, накладывая на руку манжету. Но во время работы на опасных участках сделать это проблематично. Ни летчик в небе, ни крановщик на высоте, ни водитель на земле во время рабочего процесса сделать этого не смогут. А пульсометры могут измерять работу сердца без лишних неудобств. Пульсометр одевается, как часы, на руку, и не мешает работе владельца. Механизм работы носимого пульсометра несложный: из установленного в устройстве светодиода на запястье выходит световой луч. Луч отражается и принимается фоторезистором, датчиком, чувствительным к уровню освещенности. Часть прошедшего через кожу светового луча поглощается артериальной кровью, другая часть луча отражается обратно и попадает в фоторезистор. Данный способ измерения пульса называется фотоплетизмография. Его принцип работы основан на том, что объем крови в артерии зависит от текущей фазы пульса, поэтому отраженный свет тоже пульсирует в ритм с сердцем.

Фотоплетизмографию давно пытались применять для измерения давления, но не могли достичь корректности, точности измерений, нужной для врача. С появлением новых технологий компактных датчиков и с увеличением скорости обработки цифровых сигналов разработчики сумели создать тонометр в носимом форм-факторе. Сегодня на полках аптек и магазинов есть большое количество разновидностей компактных, но тонометров и «умных» часов.

Исследованиями ученых Центра компетенций НТИ на базе Сколтеха руководил профессор Дмитрий Дылов. Его команда нашла способ увеличения точности измерений артериального давления в носимых приборах. В этом помог ученым искусственный интеллект, который использовал данные фотоплетизмографии.

Дмитрий Дылов рассказал о механизме действия разработки подробно. Так, он уточнил, что носимый пульсометр измеряет не сам пульс, а пульсовую волну целиком, вместе со всеми ее изгибами, формами, временными задержками, невидимыми глазу человека абстрактными признаками, читаемыми нейросетью. По изменениям этой волны можно получить много нужной информации, в первую очередь очень точные артериального давления в динамике.

Обучение нейросетей строилось на базе лабораторных показателей Центра и на большой базе данных из публично доступных источников. Национальный кардиоцентр предоставил данные электрокардиограмм.

Команда создала целый набор алгоритмов для анализа данных фотоплетизмограмм. В настоящее время исследователи их настраивают и адаптируют для разных наборов данных и устройств. Разработчики создали пилотный вариант носимого тонометра для лабораторных испытаний, чтобы на нем начать отрабатывать взаимодействие программного обеспечения и аппаратных решений.

Команда нацелена на то, чтобы добиться максимальной совместимости своей разработки с устройствами и программными средами. Только универсальные алгоритмы могут стать конкурентоспособными и быть востребованы рынком. При этом разработчики заботятся о простоте пользования устройств, в которых используются их инновационное решение. Пользователь смарт-часов должен получать информацию на экране без всяких сложностей и проблем. Внутренняя работа настроек таких устройств должна идти постоянно, а ее результаты будут выводиться пользователю на экран по его запросу или по определенному графику.

Результаты измерений будут храниться в базе данных устройства. Их можно будет передавать врачу или в центр управления медицинского учреждения.

Профессор Дылов уверен, что в будущем будут востребованы технологии, с помощью которых удается восстановить из аналитики простой видеосъемки функциональное пульсирование крови на коже пациентов. Инвесторам интересны алгоритмы «удаленного сенсинга» и продукты на их основе.

Александр Кулешов, академик РАН и ректор Сколтеха, назвал новый проект НТИ прорывным. Наряду с исследованием команды профессора Дылова, в Центре был успешно разработан еще один инновационный проект - «CoBrain-Аналитика» НТИ. На основе наработок этого проекта была создана экосистема для развития искусственного интеллекта в здравоохранении РФ, которую координирует СберМедИИ.