Держать ухо востро: как “умные” наушники меняют здравоохранение

Рынок носимых медицинских устройств превысил 25 млрд долларов в 2020 году и, как ожидается, будет расти со среднегодовым темпом порядка 22,9% в ближайшие пять лет. Но если раньше основными продуктами, представленными на нем, были часы и браслеты, то в последнее время появилось большое количество наушников, которые по некоторым параметрам превосходят вышеупомянутые гаджеты. Этот сегмент будет увеличиваться со среднегодовым темпом в 20,91% в обозначенный период (данные IMARC Group).

Преимущества “умных” наушников

Современные носимые медицинские устройства могут отслеживать некоторые физиологические показатели жизнедеятельности, включая частоту сердечных сокращений, ЭКГ, артериальное давление, частоту дыхания, температуру тела. Ожидается, что в обозримом будущем, с разработкой миниатюрных интеллектуальных датчиков, носимые медицинские устройства будут дополнены химическими датчиками, которые будут обеспечивать непрерывные неинвазивные химические и метаболические измерения для лучшего медицинского мониторинга (например, пота у пациентов с диабетом).

Для надежной системы мониторинга здоровья носимые медицинские устройства должны быть точными и надежными в различных условиях окружающей среды и ситуациях деятельности. Любой шум и артефакты в процессе мониторинга могут быть результатом многих проблем в правильной оценке и раннем обнаружении отклонений от нормы, таких как болезни сердечной недостаточности, включая мерцательную аритмию. И тут “умные” наушники могут дать фору более “разрекламированным” часам и браслетам, поскольку сигналы от уха в 100 раз четче, чем от запястья. Внутренняя часть уха “темная”, ближе к ядру тела, а артерии — ближе к поверхности кожи, что облегчает мониторинг сердечного ритма.

На запястье, напротив, датчики должны работать вокруг мышц и сухожилий. Во время упражнений люди склонны много двигать запястьями, в то время как их голова остается относительно стабильной. 

В некоторых исследованиях была показана и проанализирована пригодность слухового прохода в качестве надежного места измерения в различных физиологических условиях и условиях окружающей среды. Было доказано, что слуховой проход является надежным местом для измерения температуры тела и пульсоксиметрии (SpO2) из-за хорошего кровотока (качество сигнала PPG) и меньшего количества артефактов движения.

Мониторы на запястье направляют свет на кожу, чтобы определить кровоток, но если устройство не плотно прилегает к запястью, свет может попасть внутрь и снизить эффективность датчика. И, в отличие от внутреннего уха, запястье потеет, из-за чего датчикам может быть сложно улавливать хороший сигнал, что приводит к разным результатам.

Ухо также является хорошим местом для отслеживания сигналов от мозга и глаз и менее навязчиво, чем интерфейсы мозг-компьютер, которые необходимо носить на голове. 

Несколько исследований, особенно в отношении мониторинга ночной активности мозга у пациентов с эпилепсией, показывают, что ЭЭГ уха работает так же хорошо, как ЭЭГ кожи головы. Ученые из Дании в своем исследовании, опубликованном в 2020 году, пришли к выводу, что ЭЭГ в ухе надежно распознает фокальные приступы височной доли. Датские исследователи ожидают, что ЭЭГ уха станет важным инструментом в клиническом мониторинге и диагностике эпилепсии.

Главная проблема с устройством, которое вы носите в ухе, заключается в том, что оно должно быть маленьким и легким, что, очевидно, ограничивает количество датчиков, которые вы можете упаковать в такой гаджет. Датчики должны быть маленькими, и должно быть место для батареи для их питания. Для потребительского устройства вам также необходимо установить динамики и микрофон. 

Обзор существующих решений

Анализ рынка показывает, что hearables, или “умные” наушники имеют неограниченные сферы для применения. Например, в правом наушнике AmazFit PowerBuds спрятан датчик сердечного ритма. Когда ваш сердечный ритм становится слишком высоким, наушники предупредят вас с помощью голосового уведомления или через мобильное приложение.

К слову, приложение AmazFit позволяет пользователю установить определенную частоту сердечных сокращений, пространство, время и другие дополнительные предупреждения об упражнениях, которые помогут ему контролировать свою активность.

Наушники имеют функцию шумоподавления с двойным микрофоном и оснащены магнитными спортивными ушными крючками, которые гарантируют более точные измерения PPG, а также снижают риски потери гаджета.

Благодаря встроенному акселерометру Amazfit PowerBuds Pro могут определять угол наклона шейного отдела позвоночника. Если человек слишком долго находится в фиксированном положении, наушники подадут сигнал о том, что нужно двигать головой и шеей, помогая вам улучшить осанку, облегчить боль в шее и головные боли и предотвратить долгосрочные проблемы со здоровьем шейного отдела позвоночника.

Amazfit PowerBuds Pro отслеживают уровень децибел аудиоконтента, который пользователь слушает, в режиме реального времени и в соответствии со стандартами защиты слуха Всемирной организации здравоохранения предлагают рекомендации по уменьшению громкости и времени прослушивания.

Мониторинг сердечной деятельности проводится при помощи датчиков электрокардиографии (ЭКГ), которые отслеживают электрические импульсы, электрокожной активности (ЭДА). 

В наушниках для сна Kokoon датчики ЭКГ, используют электрические сигналы для мониторинга активности мозга. Kokoon использует информацию от своих датчиков для воспроизведения “белого шума” для тех, у кого проблемы со сном. Мониторинг мозга быстро развивается и может использоваться для мониторинга стресса, эпилепсии или даже сложных психических заболеваний.

Электрические сигналы могут отслеживать движение глаз, что позволяет контролировать внимание и бдительность. Измерение изменений формы слухового прохода пользователя может определить выражение лица, которое может стать средством управления этими устройствами или играть роль в отслеживании настроения.

В наушниках Neurable Enten есть датчики в амбушюрах, которые могут измерять мозговые волны, когда человек слушает музыку. Это дает возможность врачу получать расширенные показания электроэнцефалографии.

Приложение Neurable будет интерпретировать данные и показывать модели концентрации или отвлечения внимания на основе моделей ЭЭГ и даже рекомендовать песни, которые могут повысить концентрацию внимания. В наушниках также есть функция шумоподавления и некоторые элементы управления музыкой на основе жестов: при помощи подмигивания или кивка головой можно проматывать или приостанавливать музыку.

А вот дизайнерская концепция наушников Duo была разработана для улучшения технологии костной проводимости. Встроенный датчик ионов Na+ отслеживает уровень гидратации и может информировать пользователя об их метаболизме. Это, в сочетании с датчиком сердечного ритма и артериального давления, делает его идеальным компаньоном для занятий спортом. 

Электроэнцефалограмма является эталонным тестом для диагностики и мониторинга многих заболеваний, влияющих на работу мозга, включая эпилепсию, которой страдают множество людей по всему миру. Наушники французской компании NaoX непрерывно регистрируют электрическую активность мозга и передают собранные данные на обработку искусственным интеллектом, после чего их получает врач-невролог. Это позволяет своевременно направить пациентов на лечение.

Существуют специальные приложения для слуха, такие как усиление речи или активное подавление окружающего шума. Таким образом, наушники могут быть адаптированы, например, к потребностям пациентов с ослабленным слухом или людей с аутистическим спектром, которые борются с перегрузкой акустическими стимулами.

Согласно патенту, поданному южнокорейской компанией, следующее поколение Samsung Galaxy Buds может быть оснащено биометрическими датчиками, которые смогут отслеживать частоту сердечных сокращений.

Патент описывает настоящие беспроводные наушники, способные измерять данные о состоянии здоровья благодаря встроенным датчикам, включая мониторинг сердечного ритма, насыщения кислородом, артериального давления и уровня сахара в крови, а также датчики для контроля «состояния кровеносных сосудов» и уровня стресса. 

Как и в случае с любым патентом, нельзя сказать наверняка, что какие-либо будущие Galaxy Buds обязательно будут оснащены биометрическими датчиками, но ясно, что компания активно ищет способы выделить свои наушники среди конкурентов. 

Анти-COVID-19

Прошлогоднее исследование Мюнхенского технического университета показало, что удаленный мониторинг пациентов с COVID-19 с помощью внутриушного датчика может эффективно выявлять самые ранние стадии ухудшения состояния и госпитализировать больных на ранних стадиях, чтобы вовремя начать лечение и сократить его продолжительность. 

В этом исследовании была опробована система, в соответствии с которой пациентов с недавно диагностированным COVID-19 с высоким риском тяжелого заболевания отправляли домой с устройством, предназначенным для мониторинга ряда жизненно важных показателей. Данные о здоровье, полученные устройством, дистанционно отслеживались группой медицинских работников, и пациентов вызывали в больницу, когда жизненные показатели указывали на ухудшение их состояния.

В исследовании использовался коммерчески доступный внутриушной датчик местного стартапа Cosinuss, который напоминает слуховой аппарат и содержит чувствительный элемент фотоплетизмографии (ФПГ), контактный датчик температуры и акселерометр. Он может измерять частоту сердечных сокращений, внутреннюю температуру тела, насыщение крови кислородом и частоту дыхания.

Устройство подключается к смартфону через Bluetooth и каждые 15 минут измеряет показатели жизнедеятельности. Затем данные передаются в центр телемедицины.

Для исследования было набрано около 150 пациентов. Средний возраст когорты составлял 60 лет, и у каждого участника было по крайней мере одно ранее диагностированное заболевание, включая диабет, ожирение или проблемы с сердечно-сосудистой системой.

В ходе исследования у 20 пациентов ухудшились показатели жизнедеятельности (уровень кислорода в крови был ключевым показателем ухудшения состояния), и их госпитализированы. Семь из этих пациентов попали в реанимацию, а один скончался.

Большинство участников исследования сообщили, что благодаря системе мониторинга они чувствовали себя в большей безопасности. Поразительно, но 90% тех пациентов, которых в конечном итоге положили в больницу, сказали, что не осознавали, что им необходимо срочно обратиться к врачу и в тот момент не сделали бы это, если бы с ними не связались представители клиники. Это говорит о том, что удаленный мониторинг может выявить ухудшение состояния до того, как пациент ощутит ухудшение своего состояния.

Поскольку в исследовании не использовалась обычная группа наблюдения, которая выступала бы в качестве контрольной, невозможно определить, приводит ли такой вид удаленного мониторинга к лучшим результатам, чем альтернатива, добавляют мюнхенские ученые. 

Корреспондент МВ и ФВ Екатерина Погонцева специально для evercare.ru