История сердечного ритма пациента с мерцательной аритмией. Иллюстрация: Cardiogram
Всё-таки от «умных часов» бывает какая-то практическая польза. Если использовать их вместе с приложениями глубинного обучения и анализировать данные, то медицинская информация оказывается действительно полезной.
Помните, как вы ходили к своему терапевту — он прикладывал стетоскоп к груди и слушал работу сердца, обращая внимание на шумы и другие аномалии. В случае чего вас могли отправить на кардиограмму или УЗИ сердца. Но проблема в том, что большинстве случаев он не услышит никакой аритмии, даже если она есть. Очень часто аритмия проявляется лишь периодически. В реальности примерно у 25% людей на протяжении жизни развивается аритмия, но большинство из нас никогда не узнает об этом. По статистике, 10% инсультов происходят у пациентов с недиагностированной мерцательной аритмией.
Фитнес-браслеты и другие носимые гаджеты с измерением пульса — это совершенно новый мир. Представьте, что ваш сердечный ритм измеряется постоянно, каждый день, а в случае проблемы врач получает уведомление. Но насколько точны такие измерения с обычных наручных часов?
Чтобы проверить это, компания Cardiogram, разработчик соответствующего мобильного приложения, совместно с кардиологическим факультетом Калифорнийского университета в Сан-Франциско провела масштабное исследование mRhythm.
Во-первых, была разработана нейросеть, которую обучили распознавать в истории собранных данных признаки мерцательной аритмии — самого распространённого вида сердечной аритмии. Архитектура нейросети показана на иллюстрации.
Данные с сенсоров поступают в четыре слоя остаточных и свёрточных нейронов с выбором максимальных элементов (max-pooling) после каждого слоя. Выходные данные направляются в четыре остаточных двунаправленных слоя LSTM. В конце концов, единственный свёрточный слой с длиной фильтра 1 генерирует прогнозную оценку на каждом шаге времени
Для обучения нейросети использовали данные пользователей мобильного приложения Cardiogram. Им разослали 200 мобильных кардиографов AliveCor. Пользователи записали 6338 кардиограмм с положительным или отрицательным результатом на мерцательную аритмию. После обучения нейросеть смогла вычислять прогноз на основании обычной статистики с Apple Watch. В качестве эвристического предварительного обучения нейросеть обработала также 139 млн измерений сердечного ритма от пользователей Cardiogram.
После такого обучения точность диагностики оказалась выше, чем у других видов диагностики. Результаты исследования Калифорнийский университет в Сан-Франциско представил на конференции кардиологов Heart Rhythm Society.
Точность распознавания мерцательной аритмии проверяли на 51 пациенте до и после кардиоверсии — процедуры восстановления ровного сердечного ритма у пациентов с аритмией (дефибрилляция током или химическими методами).
После обучения нейросети на данных сердечного ритма с часов Apple Watch из приложения Apple Watch показатель AUC (площадь под кривой) составил 0,97, что позволило определять мерцательную аритмию с чувствительностью 98,04% и специфичностью 90,2%! Это великолепные показатели, учитывая тот факт, что Apple Watch — простенький электронный прибор, собранный в Китае, который выдаёт очень неточную информацию, он и рядом не стоял с настоящими медицинскими инструментами. Тем не менее, даже этих данных достаточно для диагностирования.
«Умные часы» с измерением пульса пока не получили широкой популярности, однако этот гаджет может позволить себе почти каждый. Собирать статистику по сердечному ритму интересно само по себе. Просто смотреть, как изменяются показатели, как часто вы входите в четвёртую и пятую зону относительно максимального пульса — и как быстро восстанавливается нормальный сердечный ритм после этого.
Управление автомобилем в час пик, опаздывая на важное совещание в 16:00. Иллюстрация: Cardiogram
Сумасшедшая тренировка. Иллюстрация: Cardiogram
Игра в теннис. Иллюстрация: Cardiogram
Дата-майнинг статистики сердечных ритмов — не единственное применение нейронных сетей в медицине. В декабре 2016 года группа исследователей Google обучила нейросеть выявлять диабетическую ретинопатию (одно из самых тяжёлых осложнений сахарного диабета, когда поражаются сосуды сетчатки глаза) с большей точностью, чем офтальмологи. Месяцем спустя исследователи из Стэнфордского университета опубликовали научную статью в Nature о том, как нейросеть выявляет случаи рака кожи по фотографиям поражений.
Выявление мерцательной аритмии — очередное важное достижение глубинного обучения в применении к медицине. Специалисты из Cardiogram уверены, что кроме мерцательной аритмии нейросеть может выявлять и другие сердечные болезни по данным, собранным с умных часов. Вопрос только в обучении. Рассматривается и вариант самообучения с подкреплением, когда пользователи будут нажимать на кнопку, сигнализируя о панической атаке, например. Со временем нейросеть выделит признаки панической атаки и сможет детектировать её самостоятельно.
Комментарии (24)
mu3
13.05.2017 18:08Приложение бы выпустили, что ли (с предупреждениями, мол, эксперимент, и всё такое). Уже несколько лет собираю все эти статистики, а обученных анализаторов, которым всё это можно было бы скормить, всё нет, и нет.
adic3x
13.05.2017 18:19У Apple Watch один из самых хреновых датчиков ЧСС. Даже если смотреть по оптике на нормальные спортивные часы — у них точность намного выше.
adic3x
13.05.2017 18:21Интересно вообще, что брали людей только с тахикардией, пульс покоя выше 60 уд/мин.
DistortNeo
13.05.2017 20:19+1Эмм, вообще-то нормальным считается диапазон 60-90 уд/мин в покое. Ниже 60 в норме бывает только у спортсменов.
adic3x
13.05.2017 18:24Ну и мне конечно интересно, как с помощью оптического датчика, который замеряет даже не RR, а пульс на конечности, что является следствие сокращения ЛЖ можно выявить нарушения сокращения предсердий, и даже если есть какая-то закономерность — как например отсеивается дыхательная аритмия и другие?
DistortNeo
13.05.2017 20:15а пульс на конечности, что является следствие сокращения ЛЖ можно выявить нарушения сокращения предсердий
Нарушение работы предсердий должно, по идее, отразиться и на работе желудочков.
и даже если есть какая-то закономерность — как например отсеивается дыхательная аритмия и другие?
В этом и заключается прелесть современных алгоритмов машинного обучения. Если на пальцах, то они за счёт большой статистики учатся отличать штатую работу сердца от нештатной.
adic3x
13.05.2017 22:39-1> Нарушение работы предсердий должно, по идее, отразиться и на работе желудочков.
Конечно он отражается, но тогда вопрос, почему ловили только фибрилляцию желудочков, но прямо таки взяли и обошли различные блокады, которые поймать ну намного проще, и которые также могут являться важным маркером при наблюдении здоровья.DistortNeo
13.05.2017 23:07Потому что фибрилляция предсердий наступает внезапно и внезапно же пропадает.
А блокады обычно присутствуют всегда — они легко обнаруживаются и диагностируются при плановом ЭКГ.adic3x
14.05.2017 08:20Вы не совсем правы, некоторые блокады например встречаются в ночное время, некоторые бывают не часто, для этого и делают суточное ЭКГ. И опять же, если есть возможность их диагностировать — почему это не сделать?
tersuren
14.05.2017 11:04Ну нельзя же сделать сразу все. С чего-то надо начать. И выбор зачастую случаен. Может у автора исследования соседка от этого умерла и он впечатлился.
arheops
13.05.2017 21:35Дыхательная аритмия входит в 10% специфичности. Тоесть болезнь есть( попали в 98%), но другая. Нормальный пульс в возрасте 30+ за 70. Врятли брали детей для диагностики, они не носят пульсомеры.
adic3x
13.05.2017 22:48Не совсем понял, о каких 10% речь. Также не совсем понял, откуда вы взяли про определение патологии как таковой. Меня то и смутило, что они ловят весьма специфическую мерцательную аритмию, причем косвенно, т. е. отслеживают частоту сокращения предсердий по частоте сокращения ЛЖ, при этом не ловят различные блокады, экстрасистолы и прочее.
Пульс в возрасте 30 лет выше 70 ударов может быть только у абсолютно не тренированного человека с плачевным функциональным состоянием. Или в редких случаях при каких-то врожденных особенностях.arheops
13.05.2017 23:00>>определять мерцательную аритмию с чувствительностью 98,04% и специфичностью 90,2%
10% из остатка специфичности. Не знаю где вы взяли такие данные, но даже для 20 летнего 70 ударов на стуле — вполне в пределах нормы. Вам же уже писали, 60 это у спортсменов с длительными циклами тренировок. А если взяли пульс женщины, там еще больше норма.Где вы нашли пульс покоя меньше 60 — непонятно.
DistortNeo
13.05.2017 23:10Пульс в возрасте 30 лет выше 70 ударов может быть только у абсолютно не тренированного человека с плачевным функциональным состоянием.
Вот ради интереса покопался в архивах данных по детектированию лжи, включая спортсменов. Пульс ниже 60 встречался только у части спортсменов и только в фазе теста с закрытыми глазами. В состоянии спокойного бодрствования у всех было 65 и выше, у кого-то даже около 80.
moonland
14.05.2017 00:47Пульс покоя — не совсем точная величина для её использования. И да, обычно он около 65.
Для более точного определения состояния сердечно-сосудистой системы «по-простому» используется пульс пробуждения.
А для сложной аналитики: Вариативность сердечного ритма (HRV)
Но на текущий момент все необходимые данные точно измеряются любыми спортивными часами с ценой ниже Apple Watch
У меня, на garmin fenix3 hr, даже приложение HRV установлено, но его запускать нужно, а пульс пробуждения, как и обычный пульс — доступны всегда, без любых манипуляций.
Так что, да, статистика и аналитика на простых девайсах, вполне сравнима уже сейчас по эффективности промед оборудования.DistortNeo
14.05.2017 01:06Но на текущий момент все необходимые данные точно измеряются любыми спортивными часами с ценой ниже Apple Watch
И, собственно, что? В статье где-то говорится, что это умеет делать только Apple Watch? Речь идёт о том, что, используя современные алгоритмические методы, можно даже из низкоточных данных что-то вытащить.
Так что, да, статистика и аналитика на простых девайсах, вполне сравнима уже сейчас по эффективности промед оборудования.
Ну да, пассатижами зубы тоже удалять можно. К тому же пассатижи дешевле.
Считайте, что простые девайсы просто осуществляют скрининг, по результатам которого можно делать выводы о необходимости обращения к врачу.
adic3x
14.05.2017 08:31> Вариативность сердечного ритма (HRV)
Это разное время между сокращениями ЛЖ, при этом большинство спортивных изданий говорят, что такая вариативность — хорошо, свидетельствует и восстановлении и хорошем состоянии ССС.
Хотя по сути это может рассматриваться и как аритмия, и мне собственно и интересно, как авторы отличают вариативность от фиблриляций и т. д. Хотя возможно, автоматическое обучение и нашло закономерности…
MrZorg
15.05.2017 00:14-1Неправда ваша, что точно измеряет. Большая проблема почти всех доступных на рынке девайсов, а в первую очередь часов в том что они усредняют 4-16 отсчетов пульса и для HRV и подобных методик мало применимы.
adic3x
15.05.2017 23:03Нормальные модели пишут RR, ничего не усредняя. Вы говорите о конкретной модели устройства или о самой технологии? Если о технологии — то о нагрудных датчиках, которые работают по принципу ЭКГ, или про оптику? В любом случае, усреднять там нечего и незачем.
adic3x
14.05.2017 08:27> Пульс ниже 60 встречался только у части спортсменов и только в фазе теста с закрытыми глазами.
У меня у всех знакомых пульс покоя явно ниже 50, у некоторых ниже 40. У меня минимум я фиксировал во время бодрствования 40, во время сна конечно меньше. Сейчас, сидя перед компом у меня 25 ударов за 30 секунд, значит 50. Глаза открыты)
lasthand
15.05.2017 10:26> По статистике, 10% инсультов происходит из-за недиагностированной мерцательной аритмии.
Статистическая корреляция не является доказательством наличия причинно-следственной связи.
Перевод не точный, мягко говоря.
> Approximately 10% of ischemic strokes are associated with atrial fibrillation (AF) first diagnosed at the time of stroke.
Если мерцательная аритмия была диагностирована во время инсульта, то это не говорит о том, что она была причиной.
По ссылке на исследование мы видим, что обнаружение аритмии with additional stroke factors является поводом обратить внимание на повышение риска и принять меры по предотвращению. Собственно, не удивительно, ученые лишь обратили внимание на появившуюся возможность длительного мониторинга и предлагают не пройти мимо этой возможности. Но не указывают на аритмию в качестве причины.
zvyagaaa
15.05.2017 11:43Поржал с иллюстрации
Сумасшедшая тренировка
У меня и до 204 ЧСС доходит на интервальной тренировке. И 160 — это рабочий пульс для бега. У профиков сумасшедшие тренировки проходят, но самая мякотка — это посмотреть пульс с соревнований. Вот где сумасшествие на финишном спурте.adic3x
15.05.2017 23:07> Сумасшедшая тренировка
… длительностью целых 30 минут ;)
Справедливости ради, МЧСС 204 — редкость. 160 для человека с МЧСС 204 может быть вполне рабочим, но для более среднестатистического 160 и выше — это уже темповый бег или какая-то специальная работа.
Zmiy666
Тут главное обработка большой статистики… в принципе если носить пульсометр постоянно, то любые проблемы с сердцем будут выявляться моментом, на самых ранних стадиях. Тоже самое, если регулярно сдавать анализ крови… после прогона данных о миллионах проб, по одному анализу можно будет выявить практически любые проблемы эндокриной системы да и вообще организма в целом… А еще можно использовать хранимые в соответствии с говнозаконами телефонные переговоры и после их анализа выявлять у человека психичесике отклонения в ранних стадиях или например альцгеймер и тд.