Редактор N + 1 тестирует на себе систему, которая по цвету лица считывает психоэмоциональное состояние. И выясняет у ее создателей, компании «РТ Медицина» и холдинга «Швабе» (входит в ГК «Ростех»), когда она заменит фельдшеров на опасных производствах.
На столе передо мной стоит самая простая видеокамера. А также микрофон, датчик температуры и газоанализатор, регистрирующий углекислый газ и пары алкоголя.
Для метода фотоплетизмографии подходят видеокамеры «чем хуже тем лучше», объясняет профессор Владимир Синопальников, заместитель гендиректора «РТ Медицина» по научной деятельности и инновациям.
Дело в том, что в дешевых камерах используются матрицы без дополнительных фильтров. Цифровая часть, отвечающая за обработку изображения, в них также крайне проста: она не производит различных улучшений картинки, автоматической настройки экспозиции и баланса белого. Словом, примитивные камеры никак не влияют на изображение. Значит, не теряется информация о контрастности отдельных пикселей.
Почему медики не используют умные часы
Уже несколько лет исследователи из разных стран занимаются разработкой метода бесконтактной фотоплетизмографии для медицины. Идея в том, что по видеоизображению лица можно определять пульс, кровяное давление и функционирование капилляров.
Метод фотоплетизмографии применяется в умных часах, фитнес-браслетах, пульсоксиметрах — приборах, которые надеваются на палец и регистрируют пульс и сатурацию крови (ее насыщение кислородом). Они регистрируют изменение яркости отраженного от поверхности кожи света. А яркость колеблется в зависимости от объема крови в капиллярах при прохождении пульсовой волны.
В таких приборах зона, с которой ведется считывание показаний, подсвечивается обычно зеленым светодиодом — именно в этом спектре лучше всего регистрируются изменения яркости. Тем не менее, точность пока невысока, поэтому умные часы и фитнес-браслеты не могут использоваться в медицинских целях.
Метод фотоплетизмографии лица предполагает регистрацию мельчайших изменений цвета кожи на лице при прохождении пульсовой волны по капиллярам. Плюс в том, что регистрация производится при обычном освещении — под лампами или солнечным светом. Все, что нужно — видеокамера и алгоритм, разработанный с помощью нейросети. Обучение нейросети с помощью данных фотоплетизмографии и аппаратного кровяного давления позволяет получить и алгоритм, который относительно точно может измерять по видеоизображению кровяное давление.
Приборы на столе присоединены к компьютеру, на котором запущено приложение. Оно, как утверждают создатели делает, вот что:
- оценивает психологическое состояние человека;
- считывает кардиоинтервалы;
- составляет скаттерограмму (графическое отображение пар интервалов R-R, то есть сердечного ритма);
- составляет гистограмму;
- оценивает кровяное давление.
Все это о себе я выясню позже (вы — к концу этого текста). А пока сажусь неподвижно и смотрю в камеру на протяжении шести минут. Этого достаточно, чтобы определить основные показатели здоровья.
Детектор лжи, эмоций и здоровья
В России разработкой приборов фотоплетизмографии лица занимаются несколько научных институтов. Так, Казанский государственный медицинский университет создает систему оценки регуляции кровотока в зависимости от изменения положения тела. Такой метод позволит оценивать состояние сердечно-сосудистой системы и ее возможности адаптации к различного рода нагрузкам.
В компании «РТ Медицина» ведется разработка системы для мониторинга психоэмоционального состояния учащихся. Прототип прибора, показанный весной 2019 года, представляет собой видеокамеру, датчик температуры и микрофон. Он способен по температуре тела ребенка, реакции капилляров на лице, пульсу, давлению и изменениям в голосе определять его состояние. Например, прибор может распознавать базовые эмоции: гнев и страх, а также определить лжет ли человек.
Прибор разрабатывается именно для телемедицины. В конечном итоге он должен стать своего рода цифровым фельдшером. Данные с камеры передаются на сервер в Центр медицинских компетенций «РТ Медицина», где обрабатываются алгоритмом. Затем система выдает заключение.
Правда, прибор имеет потенциально значительно более широкий круг применения, считает профессор Владимир Синопальников.
Пока сижу, на экране приложения в левом верхнем углу появляется мое лицо, разделенное на четыре квадранта. В каждом идет покадровый анализ изображения. Рассчитываются средние показатели в трех цветах: красном, синем, зеленом. И на основе этих расчетов выделяется сигнал для регистрации изменений.
Справа в окне отображаются графики для трех цветовых каналов и выделенного сигнала Cr, а также гистограмма интервалов R-R, скатерограмма и график спектра R-R. Построения этих графиков позволяют выявлять основные отклонения в работе сердца. После завершения обследования в этом же окне отображаются результаты: средняя частота сердечных сокращений, минимальный и максимальный интервалы R-R и еще множество показателей, связанных с функционированием сердечно-сосудистой системы.
Что написано на лице
Система проводит анализ несжатого видеоизображения по трем цветовым каналам. Алгоритм разделяет видеопоток на отдельные кадры. На каждом из них идентифицируется лицо. Затем в этой зоне оцениваются изменения контрастности отдельных пикселей в зависимости от пульсовой волны. Изменения, которые не видны невооруженным глазом. Это позволяет определить капиллярную сетку на лице, прохождение пульсовой волны по капиллярам и увеличение объемов крови в капиллярах. Увеличение может быть связано с психологическим состоянием человека, состоянием его нервной системы и реакцией нервной системы на внешние раздражители.
Так, при обучении нейросети с параллельным контролем промежуточных результатов врачами можно будет оценить кровообращение в мозге и найти нарушения в работе его структур. Изменения в работе мозга неизбежно будут отражаться на функционировании капилляров, например, неравномерном их расширении или сужении.
Потенциально с помощью прибора будет можно прогнозировать острые нарушения мозгового кровообращения или острый коронарный синдром. Прибор подойдет и для контроля кровообращения при различного рода функциональных пробах, включая стресс-нагрузочные тесты, а также при подборе препаратов, оценке неврологических нарушений. На предприятиях такой прибор можно будет использовать либо в качестве фельдшера (например, для медицинского освидетельствования водителей перед рейсами), либо для контроля уровня стресса и усталости сотрудников.
По словам профессора Владимира Синопальникова, на опасных производствах такие приборы могли бы отслеживать состояние сотрудников на протяжении рабочего дня и давать им рекомендации по отдыху и перерывам в работе.
Программа выдает и индекс вагосимпатического взаимодействия. Этот показатель рассчитывается на основе вариабельности сердечного ритма. Считается, что на изменения сердечного ритма, которые бывают даже у здоровых людей, влияют симпатический и парасимпатический отделы вегетативной нервной системы.
Смещение взаимодействия между этими отделами в сторону одного позволяет судить об уровне стресса, усталости. В перспективе так можно прогнозировать различные тяжелые сердечные состояния.
Прошлое медицины будущего
Идея, что врачу не обязательно быть рядом с пациентом, чтобы поставить диагноз, совсем не нова. Зарождением телемедицины можно считать начало ХХ века. Тогда британский инженер Сидни Браун сконструировал устройство, позволяющее проводить аускультацию сердца и легких и передавать звуки их работы по телефонным проводам. В то же время нидерландские физиолог Виллем Эйнтховен и физик Иоганн Босха разработали электрокардиограф, способный передавать по телефонной линии электрофизиологическую информацию. Для своего времени такой «телеэлектрокардиограф» обеспечивал довольно высокое качество передачи информации о состоянии и работе сердца.
Позднее по мере развития технологий развивались и телемедицинские системы. Причем во второй половине XX века их совершенствованию способствовали холодная война и космонавтика. В СССР в 1950-1960-х годах возникла необходимость дистанционного контроля базовых показателей организма космонавтов, которые должны были работать вдали от врачей. Так были разработаны системы контроля температуры тела, кровяного давления и пульса, передававшие по радиоканалу данные в центр управления.
Телемедицина развивалась и в интересах советских военных: для удаленного консультирования, постановки диагноза и назначения лечения экипажам подводных лодок, машин радиологической, химической и биологической защиты. Некоторые методы телемедицины применялись и при ликвидации последствий стихийных бедствий.
В 1980-х годах телемедицина в СССР начала выходить за рамки военного дела и космонавтики. Тогда был создан телемедицинский центр при Научно-исследовательском институте кардиологии (ныне Национальный медицинский исследовательский центр имени Алмазова). В этом центре проводили медицинские консультации для врачей из разных концов страны. Его сотрудники принимали по телефону электрокардиограммы для расшифровки и архивирования.
Для передачи записей электрокардиограмм использовался прибор «Волна», разработанный под руководством профессора Эммануила Халфена. Такими приборами были укомплектованы некоторые крупные клиники в нескольких городах СССР, включая Ленинград, Москву и Саратов, а также пункты «скорой помощи». Данные с таких приборов передавались не только в телемедицинский центр в институте кардиологии, но и в небольшие консультационные центры, организованные в нескольких городах.
После распада СССР развитие телемедицины практически прекратилось. Уже созданные консультационные центры в большинстве закрылись. Первые шаги к возобновлению оказания услуг дистанционной медицины были сделаны в середине 1990-х годов. Так, в 1995 году Военно-медицинская академия имени Кирова провела серию демонстрационных медицинских видеоконсультаций. Потом был проект «Москва — регионы России» с видеоконференциями между специалистами Научного центра сердечно-сосудистой хирургии имени Бакулева, НИИ педиатрии и несколькими региональными центрами.
Шесть минут прошло. Я встаю из-за стола. А на экране мой анализ здоровья. Если верить прибору, у меня:
- нормокардия, то есть нормально работает сердечно-сосудистая система без явных отклонений в ритме и соотношении интервалов R-R;
- переутомление — баланс парасимпатического и симпатического отделов был сильно смещен в сторону первого;
- высокий уровень кровяного давления — по итогам фотоплетизмографического измерения показатели составили 154 / 103.
Неспециалисту сложно судить о достоверности этого результата. К тому же, по словам разработчиков, хоть прибор измеряет кровяное давление довольно точно, иногда может выводить завышенные показатели. Аккуратность измерений можно повысить, если провести обучение нейросети на большем количестве добровольцев с корректировкой результатов врачами.
Но один вывод алгоритма я могу точно подтвердить. До испытаний прибора мне на протяжении нескольких недель по разным причинам не удавалось нормально выспаться.
В телемедицинскую сеть России сегодня входит около 40 медицинских центров в крупных городах. Она предназначена для проведения консультаций только между врачами. Однако в 2017 году был принят закон о телемедицине, разрешающий выписку электронных рецептов и оказание дистанционной медицинской помощи.
По закону первичное обращение пациента к врачу должно быть очным. Первичный прием может быть и дистанционным, но тогда допускается лишь определить профильного специалиста для очного осмотра и назначить время приема. После того, как пациент пройдет обследование, ему будет поставлен диагноз и назначено лечение, дальнейшие консультации уже можно проходить дистанционно. Впрочем, несмотря на то, что закон о телемедицине вступил в силу в январе 2018 года, такого рода медицинские услуги пока широко не распространены.
Тем не менее, именно телемедицина может стать решением нескольких важных проблем. Например, на опасных производствах или в компаниях, занимающихся пассажирскими перевозками, сотрудники должны проходить регулярное медицинское освидетельствование. Водители — перед каждым рейсом. А специалистов, как правило, фельдшеров, которые должны его проводить, не хватает. Как не хватает врачей в школах, которые могли бы следить за физическим и психологическим здоровьем детей.
Одна из технологий, которая может с этим помочь, разрабатывается в «РТ Медицина». Правда, важно не забегать вперед — система находится пока еще на этапе прототипирования. Предстоит собрать данные о достоверности работы системы на добровольцах. Затем провести клинические испытания и сертификацию системы. Только после этого можно будет говорить о выводе готового продукта на рынок. В целом на сбор данных и клинические испытания потребуется около двух лет, однако когда именно начнутся эти работы, сказать пока сложно.
Василий Сычёв
