Гаджет проти COVID-19: як смарт-браслети можуть допомогти в боротьбі з вірусами

Медицина розвинених країн рухається від лікування захворювань до предиктивної методики – коли за станом здоров'я людей спостерігають постійно, помічаючи проблеми на ранній стадії. Це дозволяє рятувати більше життів і скорочувати витрати на охорону здоров'я. Наукові розробки в основному зосереджені на профілактиці серцево-судинних захворювань, адже хвороби серця визнані «вбивцею номер один»: на рік вони забирають 17,5 млн життів по всьому світу. Тому саме на боротьбу із серцево-судинними захворюваннями спрямовані зусилля як медтех-стартапів, так і виробників споживчої електроніки.

А якщо носима електроніка може допомогти не лише кардіологам, а й вірусологам? Чи можуть нейронні мережі «вловлювати» вірусне захворювання на ранній стадії і сприяти запобіганню епідемії на зразок пандемії коронавірусу, від якого світ страждає зараз? Вчені, дослідники та медики вже працюють у цьому напрямку. Серед них – медтех-компанії з українським корінням.

Великі дані, нейромережі, AI активно задіяні у вивченні COVID-19 і боротьбі з пандемією. Йдеться не лише про пошук вакцин або побудову математичних моделей поширення інфекції. Поки найпопулярнішим продуктом стали застосунки для трекингу місцезнаходження людей на карантині. Їх використовують вже в багатьох країнах, хоча це і викликає побоювання з боку організацій з боротьби за права людини. Також досить активно використовують відеокамери з функцією розпізнавання температури тіла і наявності масок на обличчі. Причому деякі країни – наприклад, Німеччина – просунулися у своїх розробках так далеко, що навіть підключили до трекингових застосунків дані про результати лабораторних аналізів на COVID-19.

Apple і Google, що є двома незаперечними лідерами за кількістю трекерів на руках у користувачів, також розпочали розроблення рішень на рівні операційних систем і API, що дозволять відстежувати контакти потенційно заражених людей. Перша частина проєкту, тобто інструменти для розробників, була представлена ​​28 квітня. За словами ініціаторів, спочатку з'явиться API, який дозволить підключатися державним програмам для трекингу. На другому етапі буде запущено рішення на рівні ОС, яке дасть можливість взаємодіяти з «ширшої екосистемою застосунків і служб охорони здоров'я» на базі технології Bluetooth.

Смартфони зможуть анонімно обмінюватися один з одним невеликим кодом. Якщо з'ясується, що хтось із абонентів захворів на коронавірус, буде простіше відстежити його ланцюжок контактів, тобто потенційно заражених людей.

У середньому радіус дії Bluetooth становить 100 м. Але для трекингу використовуватиметься бездротова технологія з низьким енергоспоживанням (англ. Bluetooth Low Energy, Bluetooth LE), як для підключення переносних пристроїв, радіус дії яких ефективний на відстані до 6 дюймів (15 см), пояснює The Verge. Хоча навряд чи йдеться про такі близькі контакти – швидше за все, істина десь посередині: скановану відстань буде обмежено радіусом поширення вірусу.

Наскільки можна зрозуміти з опису розробки, рішення Google і Apple вже на рівні API допоможе різним країнам спростити випуск застосунків для трекингу. Наприклад, зараз банки можуть використовувати в застосунках цифрові гаманці Apple і Google, а не розробляти власні – що дорожче, складніше і вимагає великих ресурсів на підтримку працездатності.

Наразі і мобільні оператори, і розробники ОС вже можуть бачити, як дотримується карантин у кожному з регіонів. В Україні, наприклад, ситуація не надто обнадійлива.

Дані: Apple

Серцю не накажеш

За твердженнями інноваторів зі сфери медтеху, на боротьбу організму з інфекцією може вказати серцевий ритм. У зараженої людини, навіть якщо вона поки не відчуває симптомів, частота серцевих скорочень зростає, розповідають розробники програми Cardiogram для Apple Watch. Вони додали до свого продукту функцію Sleeping BPM для пошуку аномалій у серцевому ритмі користувача під час нічного сну. Але є проблема: більшість власників Apple Watch вночі знімають гаджет з руки і ставлять його на зарядку.

Нещодавно дослідники Медичної школи Стенфорда оголосили про старт спільного зі Scripps Research (Дослідницький інститут у Сан-Дієго, Каліфорнія) і Fitbit проєкту з раннього визначення інфекційного захворювання. Дослідження засноване на алгоритмі, створеному у 2017 році доктором філософії, професором кафедри генетики в Медичній школі Стенфорда Майклом Снайдером і його колегою Сяо Лі, нині доцентом Центру науки і терапії РНК в Університеті Case Western Reserve. Як і у випадку із застосунком для Apple Watch, цей алгоритм шукає ознаки вірусної інфекції на підставі частоти серцевих скорочень користувача.

Але для користувача пульсометри – не найкращий інструмент для медичних цілей. Вони були не зовсім точні, а для коректної роботи алгоритмів дуже важлива саме точність показань. Більшість фітнес-трекерів (Fitbit серед них) використовують для моніторингу серцевої активності PPG-сенсори, що враховують варіабельність пульсу, хвилю припливу крові до того місця, де відбувається вимір. ЕКГ показує саме електричні сигнали серця – це більш точний показник і він дозволяє отримувати більше даних.

Зв'язок інфекцій і ЕКГ

Якщо споживча електроніка поки недостатньо точна для діагностики і складних алгоритмів, то у медтех-сфері точні гаджети з ЕКГ та іншими датчиками вже є, як і алгоритми, що можуть «побачити» величезну кількість проблем. Як розповів у коментарі Mind Роман Бєлкін, CTO стартапу Cardiomo, є дослідження, які доводять, що на ЕКГ можна побачити навіть те, яким оком людина моргнула. Наприклад, носимі пристрої MAWI визначають 15 видів аритмій, 10 з яких критичні для здоров'я.

Cardiomo і MAWI – два медтех-стартапи з українським корінням, які знайшли визнання далеко за межами країни. Обидва розробляють медичні рішення (платформи і пристрої), які дозволяють моніторити стан здоров'я людини, щоб вчасно відстежити і запобігти серйозним захворюванням.

Крім вимірювання електричної активності серця, пристрої українських стартапів визначають температуру, варіабельність серцевого ритму та інші показники.

ВСР демонструє співвідношення роботи парасимпатичної та симпатичної систем організму, це маркер загального стану здоров'я людини. «Якщо кардіограма показує, що все добре, але варіабельність серцевого ритму низька, це означає, що десь є проблема і її потрібно шукати», – пояснює CTO Cardiomo. Що ховається за аритмією – діабет, рак, інфекційне захворювання, визначити вже складніше.

Роман Бєлкін наводить такий приклад: у хворих на COVID-19 на кардіограмі збільшується ST-сегмент. Але він зростає не тільки при коронавірусі, але й при ішемічній хворобі серця, тому за одним цим показником не можна сказати точно, є у людини коронавірус чи ні. «І не можна так просто змінити якийсь один показник у алгоритмі, все набагато складніше. Саме тому попереду в дослідників ще багато роботи зі збору даних і поліпшення алгоритмів», – додає він.

Що винаходять українці

Коли у світі тільки починалася пандемія коронавірусу, до Cardiomo надходили запити на розроблювальний ними пристрій. Лікарі та страхові компанії бачать сенс у такому постійному моніторингу і вважають його ефективним. Але тоді компанія ще не пройшла європейську сертифікацію, а без неї робити пристрої у великій кількості не було сенсу. Але зараз, коли документи майже на руках, компанія подала заявку на участь у деяких проєктах з протидії COVID-19. Вірусологи припускають, що до листопада у світі буде черговий спалах захворювання. До того моменту Cardiomo вже буде готова постачати медикам свої гаджети.

Проєкт також співпрацює з дослідниками зі Scripps Research, які потребують оптимальних, зручних і точних портативних електрокардіографів для проведення досліджень.

MAWI вже кілька років розроблює платформу і хардверні рішення в медичній сфері за різними напрямками. Основний ринок збуту продуктів – США. Але також у компанії співпрацюють і з провідними госпіталями по всьому світу, UNISEF, Цюріхським університетом і урядами країн, які замовляють рішення As-a-service.

Одне з рішень MAWI – скринінгова платформа, що дозволяє протягом декількох хвилин проводити діагностику здоров'я людини вдома. Вимірюються такі параметри, як тиск, ЕКГ, ВСР, насичення крові киснем, частота дихання, температура.

У мобільному застосунку, де акумулюються дані, є і симптоматичний опитувальник, ліцензований системою охорони здоров'я США. Він спрямований на виявлення симптомів flu (грипу) і адаптується під специфіку захворювання.

На вимірювання йде близько трьох хвилин щодня. На підставі отриманих даних рішення будує вірогідну модель того, що людина захворіла. Якщо ймовірність велика, користувач отримує рекомендацію залишатися вдома. За необхідності з ним зв'язується представник клініки або страхової компанії. «Ми намагаємося запобігти поширенню захворювань на ранній стадії, коли ще немає симптомів», – говорить Рон Фрідман, CEO MAWI.

Чим довше і активніше використовуються подібні системи, тим більше даних вони накопичують і завдяки big data навіть кожного окремого користувача можуть працювати точніше. У кожної людини свої особливості, навіть температура 36,6 – це усереднена норма. Вона змінюється під впливом різних факторів, наприклад стресу, а у жінок – ще і менструального циклу.

Зараз рішення проходить сертифікацію в США, і воно може бути також використано для раннього виявлення симптомів COVID-19. На адаптацію наявного рішення MAWI пішло близько двох місяців. Фрідман уточнює, що роботу почали ще в лютому. У компанії є своє виробництво в Китаї, але ще взимку стало зрозуміло, що ситуація з коронавірусом у КНР дуже серйозна, а значить, може знадобитися щось подібне до продукту, який застосовувався для діагностики flu.

До MAWI за подібними системами вже звернулися уряди низки країн, що для компанії стало великою несподіванкою. До слова, українського Кабміну серед цих замовників немає.

Компанія збирається брати участь у трьох великих дослідницьких проєктах з COVID-19. Один з них – у партнерстві зі швейцарськими медиками, другий – з американськими. Третій проводитиметься в Україні, тут компанія – технологічний партнер. Завдання – проводити постійні скринінги в певній локації на популяції 10 000–15 000 осіб.

Дані допоможуть зрозуміти, як далі адаптуватися під епідемію і моніторити її. «Поки немає розуміння, чи буде цей набір індексів специфічний до раси, території і т. д. Більше питань, ніж відповідей. Але абсолютно точно, що навіть такий підхід (індивідуального вимірювання) може допомогти дуже сильно скоротити рівень поширення інфекції», – пояснює Фрідман.

Потрібно більше даних

Найскладніша частина таких розробок – це структурування інформації, сходяться на думці всі опитані Mind експерти. Наприклад, Бєлкін каже, що більшість подібних медичних проєктів експерти та інвестори оцінюють саме за тим, які дата-сети вони використовують і скільки їх.

У контексті епідемії, якщо йдеться про новий вірус, справа ускладнюється тим, що таких великих даних ще просто немає. Спочатку потрібно досліджувати не менше 5000 людей, які захворіли і перехворіли, а їх не так просто знайти.

«Якщо люди просто проводять вимірювання, ми бачимо, що відбувається, це дозволяє визначати спалахи, аномалії, запускати алгоритми, які допомагають знаходити відхилення від популяційної та персональної норми, дивитися, що відбувається зі здоров'ям у суспільстві», – говорить Рон Фрідман.

На думку віцепрезидента GlobalLogic зі стратегії і технологій Андрія Яворського (один з ключових напрямків експертизи компанії – медтех), використання даних про життєві показники і активності великої вибірки користувачів фітнес-трекерів і «розумних» годинників може допомогти в створенні моделей, які показуватимуть ймовірність захворювання на ранніх стадіях. «Наприклад, на підставі даних хворих людей можна буде зрозуміти, як розвивалася хвороба і які патерни простежуються на кожному етапі», – пояснює він. Але експерт виділяє дві основні проблеми на шляху створення таких моделей. Перша, як було згадано вище, це збирання даних і достатня вибірка. Друга – політика конфіденційності, якої дотримуються виробники пристроїв і яка захищається законодавчо.

Втім, про які б пристрої не йшлося – звичайні фітнес-трекери Fitbit або медичні рішення на кшталт MAWI або Cardiomo, на цьому етапі вони не здатні ані ставити діагнози, ані розрізняти симптоми різних вірусних захворювань. Поки науковий світ знаходиться у фазі збирання даних і розроблення алгоритмів. Все, що можуть робити звичайні люди, – це користуватися (або не користуватися) трекерами здоров'я, які допоможуть прискорити збирання big data.