Гаджет против COVID-19: как смарт-браслеты могут помочь в борьбе с вирусами

Медицина развитых стран движется от лечения заболеваний к предиктивной методике – когда за состоянием здоровья людей наблюдают постоянно, замечая проблемы на ранней стадии. Это позволяет спасать больше жизней и сокращать расходы на здравоохранение. Текущие разработки в основном сосредоточены на профилактике сердечно-сосудистых заболеваний, ведь болезни сердца признаны «убийцей номер один»: в год они уносят 17,5 млн жизней по всему миру. Поэтому именно на борьбу с сердечно-сосудистыми заболеваниями направлены усилия как медтех-стартапов, так и производителей потребительской электроники. 

Но что если носимая электроника может помочь не только кардиологам, но и вирусологам? Могут ли нейронные сети «улавливать» вирусное заболевание на ранней стадии и помогать предотвращать эпидемии, наподобие пандемии коронавируса, от которого мир страдает сейчас? Ученые, исследователи и медики уже работают в этом направлении. В их числе – медтех-компании с украинскими корнями.

Big Data против коронавируса

Большие данные, нейросети, AI активно задействованы в изучении COVID-19 и борьбе с пандемией. Речь идет не только о поиске вакцин или построении математических моделей распространения инфекции. Пока самым популярным продуктом стали приложения для трекинга местонахождения людей на карантине. Их используют уже во многих странах, хотя это и вызывает опасения со стороны организаций по борьбе за права человека. Также довольно активно используют видеокамеры с функцией распознавания температуры тела и наличия масок на лице. Причем некоторые страны – например, Германия – пошли в своих разработках настолько далеко, что даже подключили к трекинговым приложениям данные о результатах лабораторных анализов на COVID-19.

Apple и Google, будучи двумя неоспоримыми лидерами по количеству трекеров на руках у пользователей, также приступили к разработке решений на уровне операционных систем и API, которые позволят отслеживать контакты потенциально зараженных людей. Первая часть проекта, то есть инструменты для разработчиков, была представлена 28 апреля. По словам инициаторов, сначала появится API, который позволит подключаться государственным приложениям для трекинга. На втором этапе будет запущено решение на уровне ОС, которое даст возможность взаимодействовать с «более широкой экосистемой приложений и служб здравоохранения» на базе технологии Bluetooth. 

Смартфоны смогут анонимно обмениваться друг с другом небольшим кодом. Если выяснится, что кто-то из абонентов заболел коронавирусом, – будет проще отследить его цепочку контактов, то есть потенциально зараженных людей. 

В среднем радиус действия Bluetooth составляет 100 м. Но для трекинга будет использоваться беспроводная технология с низким энергопотреблением (англ. Bluetooth Low Energy, Bluetooth LE), как для подключения носимых устройств, радиус действия которых эффективен на расстоянии до 6 дюймов (15 см), объясняет The Verge. Хотя вряд ли речь идет о столь близких контактах – скорее всего, истина где-то посередине: сканируемое расстояние будет ограничено радиусом распространения вируса. 

Насколько можно понять из описания разработки, решение Google и Apple уже на уровне API поможет разным странам упростить выпуск приложений для трекинга. Например, сейчас банки могут использовать в приложениях цифровые кошельки Apple и Google, а не разрабатывать собственные – что дороже, сложнее и требует больших ресурсов на поддержание работоспособности. 

На данный момент и мобильные операторы, и разработчики ОС уже могут видеть, как соблюдается карантин в каждом из регионов. В Украине, например, ситуация не особо обнадеживающая. 

Данные: Apple

Сердцу не прикажешь

По утверждениям инноваторов из сферы медтеха, на борьбу организма с инфекцией может указать сердечный ритм. У зараженного человека, даже если он пока не чувствует симптомов, частота сердечных сокращений растет, рассказывают разработчики приложения Cardiogram для Apple Watch. Они добавили в свой продукт функцию Sleeping BPM для поиска аномалий в сердечном ритме пользователя во время ночного сна. Но есть проблема: большинство владельцев Apple Watch ночью снимают гаджет с руки и ставят его на зарядку. 

Недавно исследователи Медицинской школы Стэнфорда объявили о старте совместного со Scripps Research (Исследовательский институт в Сан-Диего, Калифорния) и Fitbit проекта по раннему определению инфекционного заболевания. Исследование основано на алгоритме, созданном в 2017 году доктором философии, профессором кафедры генетики в Медицинской школе Стэнфорда Майклом Снайдером и его коллегой Сяо Ли, ныне доцентом Центра науки и терапии РНК в Университете Case Western Reserve. Как и в случае с приложением для Apple Watch, этот алгоритм ищет признаки вирусной инфекции на основании частоты сердечных сокращений пользователя. 

Но пользовательские пульсометры – не лучший инструмент для медицинских целей. Они недостаточно точны, а для корректной работы алгоритмов очень важна именно точность показаний. Большинство фитнес-трекеров (Fitbit в их числе) используют для мониторинга сердечной активности PPG-сенсоры, учитывающие вариабельность пульса, волну притока крови к тому месту, где происходит измерение. ЭКГ показывает именно электрические сигналы сердца – это более точный показатель и он позволяет получать больше данных. 

Связь инфекций и ЭКГ

Если потребительская электроника пока недостаточно точна для диагностики и сложных алгоритмов, то в сфере медтеха точные гаджеты с ЭКГ и другими датчиками уже есть, как и алгоритмы, которые могут «увидеть» огромное количество проблем. Как рассказал в комментарии Mind Роман Белкин, CTO стартапа Cardiomo, есть исследования, которые доказывают, что на ЭКГ можно увидеть даже, каким глазом человек моргнул. Например, носимые устройства MAWI определяют 15 видов аритмий, 10 из которых критичны для здоровья. 

Cardiomo и MAWI – два медтех-стартапа с украинскими корнями, которые нашли признание далеко за пределами страны. Оба разрабатывают медицинские решения (платформы и устройства), которые позволяют мониторить состояние здоровья человека, чтобы вовремя отследить и предотвратить серьезные заболевания. 

Кроме измерения электрической активности сердца, устройства украинских стартапов определяют температуру, вариабельность сердечного ритма и другие показатели. 

ВСР демонстрирует соотношение работы парасимпатической и симпатической систем организма, это маркер общего состояния здоровья человека. «Если кардиограмма показывает, что все хорошо, но вариабельность сердечного ритма низкая, это значит, что где-то есть проблема, и ее нужно искать», – объясняет CTO Cardiomo. Что скрывается за аритмией – диабет, рак, инфекционное заболевание, определить уже сложнее. 

Роман Белкин приводит такой пример: у заболевших COVID-19 на кардиограмме увеличивается ST-сегмент. Но он растет не только при коронавирусе, но и при ишемической болезни сердца, поэтому по одному этому показателю нельзя сказать точно, есть у человека коронавирус или нет. «И нельзя так просто изменить какой-то один показатель в алгоритме, все намного сложнее. Именно поэтому впереди у исследователей еще много работы по сбору данных и улучшению алгоритмов», – добавляет он.

Что изобретают украинцы

Когда в мире только начиналась пандемия коронавируса, к Cardiomo поступали запросы на разрабатываемое ими устройство. Врачи и страховые компании видят смысл в таком постоянном мониторинге и считают его эффективным. Но к тому моменту компания еще не прошла европейскую сертификацию, а без нее производить устройства в большом количестве не было смысла. Но сейчас, когда документы почти на руках, компания подала заявку на участие в некоторых проектах по противодействию COVID-19. Вирусологи предполагают, что к ноябрю в мире будет очередная вспышка заболевания. К тому моменту Cardiomo уже будет готова снабжать медиков своими гаджетами. 

Проект также сотрудничает с исследователями из Scripps Research, которые нуждаются в оптимальных, удобных и точных портативных электрокардиографах для проведения исследований. 

MAWI уже несколько лет занимается разработкой платформы и хардверных решений в медицинской сфере по разным направлениям. Основной рынок сбыта продуктов – США. Но также в компании сотрудничают и с ведущими госпиталями по всему миру, UNISEF, Цюрихским университетом и правительствами стран, которые заказывают решения As-a-service. 

Одно из решений MAWI – скрининговая платформа, которая позволяет в течение нескольких минут проводить диагностику здоровья человека на дому. Измеряются такие параметры, как давление, ЭКГ, ВСР, насыщение крови кислородом, частота дыхания, температура. 

В мобильном приложении, где аккумулируются данные, есть и симптоматический опросник, лицензированный системой здравоохранения США. Он направлен на выявление симптомов flu (гриппа) и адаптируется под специфику заболевания. 

На измерения уходит около трех минут каждый день. На основании полученных данных решение строит вероятностную модель того, что человек заболел. Если вероятность велика, пользователь получает рекомендацию оставаться дома. При необходимости с ним связывается представитель клиники или страховой компании. «Мы пытаемся предотвратить распространение заболеваний на ранней стадии, когда еще нет симптомов», – говорит Рон Фридман, CEO MAWI. 

Чем дольше и активнее используются подобные системы, тем больше данных они накапливают и благодаря big data даже каждого отдельного пользователя могут работать точнее. У каждого человека свои особенности, даже температура 36,6 – это усредненная норма. Она меняется под воздействием различных факторов, например стресса, а у женщин – еще и менструального цикла. 

Сейчас решение проходит сертификацию в США, и оно может быть также использовано для раннего выявления симптомов COVID-19. На адаптацию существующего решения MAWI ушло около двух месяцев. Фридман уточняет, что работу начали еще в феврале. У компании есть свое производство в Китае, но еще зимой стало понятно, что ситуация с коронавирусом в КНР – очень серьезная, а значит, может понадобиться нечто подобное продукту, который применялся для диагностики flu.

К MAWI за подобными системами уже обратились правительства ряда стран, что для компании стало большой неожиданностью. К слову, украинского Кабмина среди этих заказчиков нет. 

Компания собирается участвовать в трех больших исследовательских проектах по COVID-19. Один из них – в партнерстве со швейцарскими медиками, второй – с американскими. Третий будет проводиться в Украине, тут компания – технологический партнер. Задача – проводить постоянные скрининги в определенной локации на популяции 10 000–15 000 человек. 

Данные помогут понять, как дальше адаптироваться под эпидемию и мониторить ее. «Пока нет понимания, будет ли этот набор индексов специфичен к расе, территории и т. д. Больше вопросов, чем ответов. Но совершенно точно, что даже такой подход (индивидуального измерения) может помочь очень сильно сократить уровень распространения инфекции», – объясняет Фридман.

Нужно больше данных

Самая сложная часть таких разработок – это структурирование информации, сходятся во мнении все опрошенные Mind эксперты. Например, Белкин говорит, что большинство подобных медицинских проектов, эксперты и инвесторы оценивают именно по тому, какие дата-сеты они используют и сколько их.

В контексте эпидемии, если речь идет о новом вирусе, дело осложняется тем, что таких больших данных еще просто нет. Сначала нужно исследовать не менее 5000 человек, которые заболели и переболели, а их не так просто найти. 

«Если люди просто проводят измерения, мы видим, что происходит, это позволяет определять вспышки, аномалии, запускать алгоритмы, которые помогают находить отклонения от популяционной и персональной нормы, смотреть, что происходит со здоровьем в обществе», – говорит Рон Фридман. 

По мнению вице-президента GlobalLogic по стратегии и технологиям Андрея Яворского (одно из ключевых направлений экспертизы компании – медтех), использование данных о жизненных показателях и активности большой выборки пользователей фитнес-трекеров и «умных» часов может помочь в создании моделей, которые будут показывать вероятность заболевания на ранних стадиях. «К примеру, на основании данных заболевших людей можно будет понять, как развивалась болезнь и какие паттерны прослеживаются на каждом этапе», – объясняет он. Но эксперт выделяет две основные проблемы на пути создания таких моделей. Первая, как было упомянуто выше, это сбор данных и достаточная выборка. Вторая – политика конфиденциальности, которой придерживаются производители устройств и которая защищается законодательно.

Впрочем, о каких бы устройствах не шла речь – обычных фитнес-трекерах Fitbit или медицинских решениях вроде MAWI или Cardiomo, на данном этапе они не способны ни ставить диагнозы, ни различать симптомы разных вирусных заболеваний. Пока научный мир находится в фазе сбора данных и разработки алгоритмов. Все, что могут делать обычные люди – это пользоваться (или не пользоваться) трекерами здоровья, которые помогут ускорить сбор big data.