Материалы портала «Научная Россия»

0 комментариев 917

Первая интеллектуальная акустическая система, которая использует белый шум для контроля дыхания младенцев

Первая интеллектуальная акустическая система, которая использует белый шум для контроля дыхания младенцев
Исследователи из Вашингтонского университета разработали новую функцию умного динамика, которая позволяет устройству использовать белый шум, чтобы успокоить спящих детей и контролировать их дыхание и движение.

Исследователи из Вашингтонского университета разработали новую функцию умного динамика, которая позволяет устройству использовать белый шум, чтобы успокоить спящих детей и контролировать их дыхание и движение, - пишет eurekalert.org.

С помощью этой функции, называемой BreathJunior, умный динамик воспроизводит белый шум и записывает, как шум отражается обратно, чтобы проанализировать дыхание младенцев. Когда исследователи проверили BreathJunior на пяти детях в отделении интенсивной терапии новорожденных в местной больнице, они обнаружил частоту дыхания, которая близко соответствовала частоте, обнаруживаемой стандартными мониторами жизненно важных функций.

«Одна из самых больших проблем, с которыми сталкиваются новоиспеченные родители, заключается в том, чтобы их дети высыпались. Они также хотят контролировать своих детей, пока те спят. Учитывая это, мы стремились разработать систему, сочетающую в себе успокаивающий белый шум и способность незаметно измерять движение и дыхание младенца», - сказал соавтор доктор Джейкоб Саншайн, доцент кафедры анестезиологии и медицины боли в Медицинской школе Университета Вашингтона.

Чтобы упростить жизнь новым родителям, команда создала систему, которая могла бы работать на интеллектуальном динамике, дублирующем оборудование в Amazon Echo.

«Интеллектуальные колонки становятся все более и более распространенными, и эти устройства уже способны воспроизводить белый шум, - сказал соавтор Shyam Gollakota, доцент Школы компьютерных наук и инженерии имени Пола Аллена в Университете Вашингтона. - Если мы сможем использовать эту функцию белого шума в качестве бесконтактного способа контроля движений рук и ног, дыхания и плача младенцев, то умный динамик станет устройством, которое может это делать действительно хорошо».

Белый шум - это комбинация разных звуковых частот, из-за которых звук кажется случайным, успокаивающим и помогает скрыть другие звуки, которые могут разбудить спящего ребенка. Чтобы использовать белый шум в качестве монитора дыхания, команде необходимо было разработать метод обнаружения крошечных изменений между белым шумом, который воспроизводит умный динамик, и белым шумом, который отражается обратно от тела ребенка.

«Мы начинаем с передачи случайного сигнала белого шума. Но мы генерируем этот случайный сигнал, поэтому мы точно знаем, что такое случайность, - сказал первый автор Анран Ванг, аспирант в школе Аллена. - Этот сигнал гаснет и отражается от ребенка. Затем микрофоны умного говорящего получают случайный сигнал назад. Поскольку мы знаем исходный сигнал, мы можем отменить любую случайность из этого, и тогда у нас остается только информация о движении от ребенка».

При обнаружении дыхания у младенцев возникает дополнительная проблема: движения их грудной клетки настолько малы, что умный динамик должен быть расположен там, где дыхание заметно.

«Сигнал дыхания настолько слаб, что мы не можем просто искать изменения в общем сигнале, который мы получаем, - сказал Ван. - Нам нужен был способ сканировать комнату и точно определить, где находится ребенок, чтобы максимизировать изменения в сигнале белого шума. Наш алгоритм использует тот факт, что у интеллектуальных динамиков есть набор микрофонов, которые можно использовать для фокусировки в направлении грудной клетки младенца. Он начинает прислушиваться к изменениям в нескольких потенциальных направлениях, а затем продолжает поиск в направлении, которое дает самый четкий сигнал».

BreathJunior отслеживает как маленькие движения - такие как движение грудной клетки, вовлеченное в дыхание, - так и большие движения - такие как движения дети в своих кроватках. Он также может уловить звук плача ребенка.

Команда создала прототип умного динамика для тестирования BreathJunior на симуляторе для младенцев. Исследователи могли настроить симулятор для дыхания с определенной частотой, что позволило им проверить, насколько хорошо BreathJunior обнаруживает различные частоты дыхания - от медленных 20 вдохов в минуту до 60 вдохов в минуту. Симулятор младенца также позволил команде проверить, может ли BreathJunior обнаруживать патологическое дыхание, такое как апноэ, которое часто встречается у детей, которые родились раньше срока и могут не иметь дыхательных центров в мозге. Система работала хорошо для обоих тестов.

Затем команда проверила, насколько хорошо их прототип отслеживал дыхание реальных детей в отделении интенсивной терапии новорожденных. Эти дети подключены к проводным респираторным мониторам больничного уровня, поэтому команда могла сравнить их показания с данными BreathJunior. Система смогла точно определить частоту дыхания до 65 вдохов в минуту.

«Младенцы в отделении интенсивной терапии имеют повышенную или пониженную частоту дыхания, поэтому отделение интенсивной терапии контролирует их дыхание так пристально, - сказал Саншайн. - BreathJunior обладает потенциалом для родителей, которые хотят использовать белый шум, чтобы помочь своему ребенку спать, и контролировать дыхание и движения своего ребенка. Он также является привлекательным инструментом для мониторинга дыхания в подгруппе младенцев, для которых домашний мониторинг дыхания показан клинически, а также в больничной среде, где врачи хотят использовать проводной мониторинг дыхания».

Однако, заметил Саншайн, «Американская академия педиатрии рекомендует не приписывать монитору функцию снижения риска внезапной детской смерти…».

Хотя BreathJunior в настоящее время использует белый шум для отслеживания дыхания и движения, исследователи хотели бы расширить его возможности, чтобы он мог также использовать другие успокаивающие звуки, такие как колыбельные.

«Всего за несколько лет мы прошли долгий путь от мониторинга больших движений у взрослых до фиксирования крошечных дыхательных движений новорожденного, - сказал Голлакота. - Это стало возможным благодаря алгоритмическим инновациям, а также достижениям в оборудовании интеллектуальных динамиков. Заглядывая в будущее, можно представить себе преобразование интеллектуального динамика в «медицинский трикодер», который может бесконтактно контролировать множество жизненно важных показателей, помимо дыхания».

[Фото: ru.123rf.com/profile_evgenyatamanenko]

Источник: www.eurekalert.org

белый шум контроль дыхания контроль сна сон младенцев умный динамик

Назад

Социальные сети

Комментарии

Авторизуйтесь, чтобы оставить комментарий

Информация предоставлена Информационным агентством "Научная Россия". Свидетельство о регистрации СМИ: ИА № ФС77-62580, выдано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций 31 июля 2015 года.