Больница будущего: ЭКГ будет делать… Wi-Fi

Море невидимых волн

Представьте себе море. Не то, что разливается у берега, а другое — невидимое, которое заполняет каждую комнату вашего дома. Это море состоит из радиоволн, которые каждую секунду пересекают пространство между роутером и вашим смартфоном, ноутбуком, кондиционером… Мы привыкли думать об этих волнах как о веб-пользователях. Но что, если они способны на гораздо большее, чем раздача интернета?

Когда вы заходите в комнату, это невидимое море реагирует. Волны отражаются от вашего тела, огибают его, интерферируют друг с другом. Ваша грудная клетка поднимается при каждом вдохе — и паттерн волн меняется. Ваше сердце бьётся — и эти микроскопические вибрации оставляют свой след в эфире. По сути, вы создаёте брызги на поверхности радиоморя, и они переносят информацию о вашем здоровье.

Этот феномен решили приспособить для медицинских задач учёные из Калифорнийского университета.

«Wi-Fi-сигналы могут работать как сенсоры — прозрачные, которых вы не видите. Поскольку Wi-Fi — это настолько распространённая технология, её очень удобно использовать для измерения разных параметров», — объяснили разработчики новой технологии.

Сердце как камертон

Принцип работы этой технологии напоминает эхолокацию летучих мышей, только вместо ультразвука она использует радиоволны. Стандартный роутер излучает сигнал частотой 2,4 или 5 ГГц, и он отражается от всего на своём пути: стен, мебели, и — что самое важное — от человека.

Наше сердце — это своеобразный камертон, вибрирующий с частотой 60–100 ударов в минуту. Эти вибрации передаются через грудную клетку на поверхность кожи, создавая микроскопические движения амплитудой в доли миллиметра. Казалось бы, она неуловима — однако Wi-Fi-волны чрезвычайно чувствительны к любым изменениям на своём пути.

Физика сердцебиения

Система Pulse-Fi, разработанная специалистами из Калифорнийского университета, действует как музыкант, который умеет слышать только одну скрипку в большом оркестре — она извлекает данные о частоте сердечных сокращений из окружающих Wi-Fi-сигналов.

«Мы знаем диапазон частот сердцебиения, поэтому извлекаем именно их, а потом простая модель машинного обучения оценивает частоту сокращений сердца» — объясняют разработчики.

Начальные испытания показывают точность этого подхода на уровне клинических стандартов — тех самых, которым соответствуют одобренные медицинские приборы.

Больше чем пульс

Впрочем, сердце — лишь один инструмент в симфонии физиологических процессов. Каждый физиологический процесс оставляет свой уникальный отпечаток в поле действия Wi-Fi-устройства:

·        Сердцебиение — мелкие быстрые вибрации, словно трепетание крыльев колибри

·        Дыхание — медленнее волны большей амплитуды, как приливы и отливы

·        Движения тела — резкие сдвиги паттерна, словно камень, брошенный в воду

·        Падение — характерный «всплеск» с резким переходом к неподвижности

Биоинженеры из того же университета уже разработали Wi-Fi-системы, способные различать, сидит ли, лежит, стоит или ходит человек, анализируя разные паттерны нарушений сигнала. Для реабилитационных центров это будет настоящий прорыв — их сотрудники смогут отслеживать состояние или прогресс пациента, не обременяя его многочисленными датчиками.

Бесконтактная медицина: где применят Wi-Fi-детекторы

Представьте приёмное отделение, где частота дыхания пациентов измеряется автоматически — пока они просто сидят в креслах и ждут приёма. Станция триажа получает предварительные данные ЭКГ ещё до того, как медсестра успеет подойти к пациенту. Это не фантастика, это следующий — и логичный — шаг в развитии технологий.

Каждый врач знает: лучший монитор — бесполезен, если пациент его не носит. Пожилые люди забывают менять сенсоры глюкозы, пациенты в стационаре отключают «надоедливые» приборы. Wi-Fi-мониторинг решает проблему приверженности: невозможно снять то, чего не чувствуешь.

Для пациентов с хроническими заболеваниями сердца домашний мониторинг может стать спасительным: новая технология обещает непрерывное наблюдение без проблем, присущих носимым устройствам, таких как раздражение кожи, замена батареек, дискомфорт от трения. Роутер просто «видит» вас — и тихо записывает данные.

За горизонтом Wi-Fi: сквозь стены и препятствия

Если Wi-Fi — это море, то 5G — настоящий океан. Сети пятого поколения работают на других частотах и лучше проникают сквозь препятствия. 5G позволяет мониторить мелкие движения тела с большим радиусом и покрытием, поэтому учёные задумались над разработкой системы, отслеживающей пациентов во всей больнице одновременно — и без слепых зон.

MIMO: многоголосие антен

Технология MIMO (multiple-input multiple-output) — то, что делает современный Wi-Fi быстрым. Но для медицины она открывает другие возможности: несколько антен создают богаче картину отражённых сигналов.

Специалисты из Университета Глазго испытали MIMO для выявления сонливости водителей, и их система определяла частоту сердца и дыхания с точностью 81 %. Такая технология в кабине дальнобойщика или машиниста поезда может стать спасительной.

Препятствия к воплощению: почему инновации ещё не в каждой больнице

Проблема толпы. Пока подобные системы тестировались преимущественно с одним человеком в помещении. Если один человек стоит за другим, их трудно различить. Хотя искусственный интеллект может научиться разделять сигналы нескольких людей и даже отличать человека от кота или собаки, новая технология требует дополнительных апгрейдов.

Путь к сертификации. Для клинического применения нужно провести масштабные испытания, доказывающие точность Wi-Fi-устройств на уровне сертифицированных медицинских приборов. Но регуляторные органы пока не сформулировали чётких протоколов для одобрения «роутера-кардиографа».

Этика против надзирателей. Непрерывный мониторинг порождает этические вопросы. Кто будет иметь доступ к таким данным? Сможет ли работодатель узнать о проблемах с сердцем сотрудника? Будут ли страховые компании использовать информацию о ночном сне для расчёта тарифов? Эти вопросы нужно согласовать ещё до того, как технология станет массовой.

Мы живём в эпоху, когда грань между технологией и магией становится всё тоньше. Ещё десять лет назад идея «роутера-кардиографа» казалась бы фантастикой. Сегодня это — активная отрасль исследований с огромным потенциалом и возможностью внедрения уже завтра.