Des chercheurs de l’Université de Washington qui étudient l’utilisation médicale potentielle des haut-parleurs intelligents tels que Amazon’s Echo et Google’s Nest ont récemment publié un article détaillant leurs expériences avec la détection acoustique du rythme cardiaque sans contact. Grâce à leurs réseaux de microphones sensibles, normalement utilisés pour aider à localiser les commandes vocales de l’utilisateur, l’équipe propose que ces gadgets de maison intelligente abordables et de plus en plus populaires pourraient mener une double vie en tant que moniteurs de signes de vie discrets. Le document va jusqu’à dire que même avec plusieurs personnes dans la pièce, leur technique peut être utilisée pour surveiller la fréquence cardiaque et respiratoire d’un individu cible spécifique.

Ce sont des affirmations audacieuses, mais elles ne sont pas sans précédent. Des études antérieures menées à l’UW en 2019 ont montré comment la technologie des haut-parleurs intelligents pouvait être utilisée pour détecter un arrêt cardiaque et surveiller la respiration du nourrisson. Ce dernier article pourrait être considéré comme le point culminant de ces expériences antérieures: un logiciel unique qui pourrait non seulement surveiller les signes vitaux des patients à proximité, mais aussi détecter une urgence médicale. Le potentiel de sauvetage d’un tel programme, en particulier pour les très jeunes et les personnes âgées, serait incroyable.

Alors, quand pourrez-vous installer une compétence de moniteur cardiaque sur l’Echo Dot bon marché que vous avez acheté le Prime Day? Eh bien, comme c’est souvent le cas avec ce type de recherche, mettre la technique en pratique dans le monde réel n’est pas aussi simple qu’en laboratoire. Bien que le concept soit prometteur et mérite plus que des recherches supplémentaires, il faudra peut-être un certain temps avant que nos enceintes modestement intelligentes soient capables de Star Trek détection de signe de vie de style.

Peux tu m’entendre maintenant?

Les chercheurs expliquent dans l’article que leur travail est basé sur des expériences antérieures qui utilisaient de puissants transducteurs à ultrasons pour détecter les déplacements infimes de la poitrine, de l’abdomen et du cou d’un patient. Des mouvements relativement importants sont le résultat d’une action respiratoire normale, tandis que des déflexions inférieures au millimètre correspondent au rythme cardiaque de l’individu. Bien que cette recherche ait montré qu’il était possible de détecter les signes vitaux acoustiquement à distance, le document indique que les transmissions d’ultrasons utilisées étaient d’une fréquence et d’une intensité non réalisables par le matériel de haut-parleur intelligent grand public sur lequel elles enquêtaient.

En fait, l’article explique que les haut-parleurs intelligents standard ne sont pas particulièrement bien adaptés à la transmission ou à la réception par ultrasons, car ils ont naturellement été conçus pour donner la priorité à la parole et à la musique humaines. Cela dit, les chercheurs font référence au fait que Nest de Google utilise déjà la télémétrie par ultrasons pour ajuster des éléments visuels tels que la taille de la police. Déterminer à quelle distance un spectateur se tient de l’écran est loin de capter des vibrations de 0,5 mm dans leur artère carotide, mais c’est un début.

La mise en œuvre du sonar de l’équipe a été conçue autour des limites inhérentes au matériel de haut-parleur intelligent et génère un bip à ondes continues modulées en fréquence (FMCW) de 50 ms entre 18 kHz et 22 kHz. Cela permet au logiciel non seulement de calculer une distance très précise à une cible stationnaire, mais d’ignorer les échos renvoyés au-delà d’une plage prédéfinie.

Même encore, la longueur d’onde du son à ces fréquences est bien plus grande que certains des mouvements recherchés par le logiciel. Avec une déformation corporelle de seulement 0,3 mm à 0,8 mm, les battements cardiaques individuels sont particulièrement difficiles à détecter. Plusieurs couches de filtres sont appliquées pour essayer d’améliorer le rapport signal sur bruit, et la formation de faisceaux adaptative permet aux haut-parleurs de se concentrer sur la cible.

L’article conclut que, bien que les données d’impulsion résultantes ne soient pas aussi précises que les lectures d’électrocardiogramme (ECG) traditionnelles utilisées comme contrôle, elles étaient suffisamment proches pour être un outil de diagnostic utile pour les patients en bonne santé et ceux souffrant de diverses anomalies cardiaques. Surtout en tenant compte des avantages offerts par l’approche sans contact, notamment pour les applications de télémédecine.

Conditions idéales

Alors que les chercheurs ont pu extraire des données impressionnantes avec leur configuration de test, il faut dire qu’il y a plusieurs mises en garde qui (du moins pour le moment) rendraient difficile la mise en pratique de cette technique. D’une part, le haut-parleur intelligent doit être orienté vers la poitrine du patient et placé à une distance de 40 cm à 60 cm (15 à 23 pouces). La précision diminue avec la distance, et au moins dans cette version du logiciel, tout retour au-delà d’un mètre est considéré comme un bruit de fond et est totalement ignoré.

Emplacement idéal pour l’enceinte intelligente.

Ceci est évidemment en contradiction avec le placement normal des haut-parleurs intelligents. Même si le haut-parleur était suffisamment proche du patient, par exemple sur une table à côté d’un lit ou d’une chaise, il sera normalement dirigé vers le plafond. Bien que les tests aient montré que le logiciel était capable de fonctionner lorsque le patient était à gauche ou à droite, le taux d’erreur a considérablement augmenté.

Pour être utile, l’appareil devrait probablement être placé dans un support personnalisé qui le maintiendrait dans la position idéale pendant que les mesures étaient prises. Ce n’est pas un fardeau énorme, et le coût serait en grande partie négligeable, mais cela témoigne de la rigidité relative de cette approche.

Fait intéressant, les tests ont montré que les vêtements portés par le patient n’avaient qu’un léger impact sur les lectures acoustiques. Si les vêtements ajustés donnent les meilleurs résultats, même les chemisiers amples et les blouses d’hôpital n’ont pas empêché le système de collecter des données utiles. Les tissus épais ou plusieurs couches de vêtements atténuaient cependant le signal, ce qui pourrait potentiellement poser un problème en fonction du climat.

De même, l’article a révélé que le système ne pouvait pas extraire de manière fiable un rythme cardiaque de patients extrêmement obèses, car l’excès de tissu atténuait le mouvement corporel sous-jacent. En conséquence, les patients ayant un indice de masse corporelle (IMC) de 35 ou plus ont été exclus du groupe de test principal. Le logiciel a été évalué séparément avec un groupe de cinq personnes qui avaient un IMC médian de 38,6, et parmi ceux-ci, il n’a pu détecter que la fréquence cardiaque d’un participant. Le document note que cela correspond aux résultats des expériences précédentes et note que les patients obèses ne sont tout simplement pas de bons candidats pour la technologie de détection sans contact pour le moment.

Entrer par effraction dans le jardin clos

Les problèmes avec le placement des enceintes et le type de vêtements que porte le patient sont, dans le grand schéma des choses, assez minimes. Un certain raffinement est évidemment nécessaire, et il ne sera clairement pas aussi simple que d’installer un logiciel sur votre Amazon Echo et d’afficher la fréquence cardiaque du bébé sur votre téléphone sans prendre en compte certaines considérations particulières, mais toutes les pièces semblent être en place pour que quelqu’un puisse courir avec l’idée. Malheureusement, malgré des recherches aussi prometteuses, apporter cette capacité aux haut-parleurs intelligents grand public n’est tout simplement pas possible pour le moment.

Bien que l’article fasse de nombreuses références à ces appareils commerciaux et utilise leurs capacités matérielles comme un facteur limitant dans toutes leurs expériences, les chercheurs admettent que le logiciel qu’ils ont développé ne peut en fait être utilisé sur aucun produit actuellement disponible comme Google ou Amazon. Le fait est que les API disponibles pour les développeurs ne fournissent pas l’accès matériel de bas niveau requis pour implémenter leur technique de sondeur. Donner aux applications tierces un contrôle direct sur le haut-parleur et les microphones soulèverait des problèmes de sécurité évidents, de sorte que ce type de fonctionnalité devrait soit être intégré au système dès le départ par le fabricant, soit potentiellement être relégué à des unités spécialement prévues pour les prestataires de soins de santé .

Prendre le long chemin

Même si des préoccupations bureaucratiques empêchent le logiciel de l’équipe d’utiliser des haut-parleurs intelligents disponibles dans le commerce, la recherche qu’ils ont menée reste extrêmement précieuse. Les possibilités offertes par une méthode automatisée et abordable de prise des signes vitaux d’un patient sans contact physique sont indéniablement convaincantes, en particulier avec la menace persistante du COVID-19. La technologie qui peut aider à surveiller et à diagnostiquer les patients potentiellement contagieux sans risquer d’être exposés aux infirmières et aux médecins qui les soignent est très demandée et continuera d’être d’un grand intérêt même lorsque la crise actuelle est derrière nous.

miniDSP UMA-8-S

Si les haut-parleurs intelligents commerciaux ne sont pas une plate-forme viable pour ce logiciel, que se passe-t-il alors? Eh bien, pour une chose, vous pouvez simplement créer votre propre matériel. Comme indiqué à la fin de l’article, toutes les expériences ont été réalisées avec un réseau de sept microphones UMA-8-S de miniDSP et un haut-parleur PUI Audio AS05308AS-R connecté à un ordinateur de bureau. L’UMA-8-S est en quelque sorte un kit de développement lui-même et comprend un processeur de signal numérique (DSP) intégré avec une capacité de formation de faisceau. Commercialisé à la fois auprès des professionnels et des bricoleurs, il semble être un appareil particulièrement intéressant à part entière.

L’équipe affirme que le code source Python de leur projet est également disponible sur demande, à condition que vous acceptiez une licence non commerciale. En termes simples, tout le nécessaire pour recréer ce projet est facilement disponible pour tous ceux qui le souhaitent. Qu’elle devienne un domaine d’exploration pour les biohackers ou qu’elle soit raffinée et commercialisée par un entrepreneur de la technologie, il semble inévitable que cette technologie fasse surface dans les années à venir.

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