Výskumníci z Google Research predstavili AI v smart hodinkách, ktorá z dát bežného zariadenia rozpozná príznaky vysokého krvného tlaku bez toho, aby ho používateľ najprv musel kalibrovať klasickým tlakomerom na ruke. Výsledky opísané v štúdii publikovanej v časopise Nature ukazujú presnosť podobnú meraniu v ambulancii, čo by mohlo pomôcť odhaliť hypertenziu u ľudí, ktorí o nej vôbec nevedia.
V skratke
- Systém s označením AI-PPG-ACC-HTN využíva len dva senzory, ktoré majú bežné smart hodinky: pulzný senzor (PPG) a akcelerometer.
- Model sa najprv učil na 492 347 hodinách dát od 2 109 ľudí, potom ho overili v klinickej štúdii na 196 participantoch na piatich pracoviskách v USA.
- Pri úvodnom skríningu zachytil 65,8 % prípadov vysokého tlaku, bežné jednorazové meranie v ambulancii len 55,3 %.
- Na výskume spolupracovali Google Research, Beth Israel Deaconess Medical Center a Harvard Medical School, zistenia už čiastočne ovplyvnili funkciu sledovania tlaku v aplikácii Google Health.
Prečo je nekalibrovaný systém dôležitý
Vysoký krvný tlak postihuje podľa Google Research viac ako miliardu ľudí na svete, pričom viac ako polovica dospelých s touto diagnózou o nej nevie. Hypertenzia sa väčšinou neprejavuje žiadnymi príznakmi, a tak sa zvyčajne odhalí len náhodou, pri bežnom meraní v ambulancii. Problém je výraznejší u mladších dospelých vo veku 18 až 44 rokov, kde zmeškaná diagnóza zvyšuje dlhodobé riziko mozgovej príhody či zlyhania srdca. Doteraz dostupné nositeľné zariadenia bez manžety síce existujú, ale väčšina z nich potrebuje pravidelnú kalibráciu klasickým tlakomerom a sleduje len relatívne zmeny oproti tejto referenčnej hodnote. To obmedzuje ich použitie ako samostatného skríningového nástroja. Nový systém Google Research sa tejto závislosti zbavuje úplne.
Ako to funguje
Namiesto toho, aby sa model pokúšal odhadnúť presnú hodnotu tlaku v konkrétnom okamihu, čo je náchylné na rušenie pohybom či teplotou, sleduje dlhodobý, pretrvávajúci stav organizmu. Vedci najprv natrénovali hlbokú konvolučnú neurónovú sieť metódou samoučenia na takmer pol milióne hodín dát z hodiniek. Model sa učil rozpoznávať, ktoré 15-sekundové úseky signálu pulzu a pohybu patria tej istej osobe, a tak si bez akýchkoľvek lekárskych nálepiek vytvoril vlastný odtlačok typického fungovania srdca a ciev konkrétneho človeka. Tieto krátke úseky sa potom priemerujú za viacero dní nosenia, čím sa vyhladia náhodné výkyvy spôsobené pohybom alebo teplotou. Výsledný priemerný odtlačok sa skombinuje s výškou používateľa, ktorá slúži ako náhrada za dĺžku cievneho riečiska, a jednoduchý klasifikačný model z toho vypočíta pravdepodobnosť, že má človek vysoký tlak. Zjednodušene povedané, hodinky sa nesnažia merať tlak ako tlakomer, ale postupne sa učia, ako vyzerá pulz človeka s vysokým tlakom, a porovnávajú s ním dáta konkrétneho používateľa.
Podobný princíp, keď AI hľadá skryté zdravotné riziko v dátach, ktoré by človek ani lekár bežne nevedeli prečítať, sme videli aj pri slovenskom výskume rizika Alzheimerovej choroby, kde AI analyzuje iné typy zdravotných dát na odhalenie skorých príznakov.
Presnosť v číslach
Tím systém testoval oproti 24-hodinovému ambulantnému monitorovaniu tlaku, ktoré je klinickým zlatým štandardom, a to v dvoch scenároch. Pri úvodnom skríningu dosiahli hodinky citlivosť 65,8 % a špecificitu 90 %, čo dalo vysokú pozitívnu predikčnú hodnotu 80,6 %. Bežné jednorazové meranie v ambulancii v tej istej skupine ľudí malo citlivosť len 55,3 % a predikčnú hodnotu 77,8 %. Pri druhom scenári, teda u 48 participantov, ktorí mali zvýšený tlak už pri prvom meraní v ambulancii a potrebovali potvrdzujúce vyšetrenie, dosiahli hodinky citlivosť 78,4 %, špecificitu 90,9 % a predikčnú hodnotu až 96,7 %. Opakované meranie v ambulancii v tomto prípade vyšlo horšie na všetkých troch ukazovateľoch, hodinky sa ukázali ako konkurencieschopné aj voči viacdňovému domácemu monitorovaniu tlakomerom.
Čo to znamená pre firmy
Pre výrobcov nositeľnej elektroniky, poisťovne a firmy, ktoré stavajú zdravotné a wellness aplikácie, je táto správa signálom, že pasívny skríning bez nutnosti kúpiť si špeciálny tlakomer sa technicky stáva realitou. Takýto nástroj by nemal nahradiť diagnózu, ale môže fungovať ako lacné prvé upozornenie, ktoré človeka nasmeruje k lekárovi skôr, než sa vysoký tlak prejaví vážnejším problémom. Pre firmy v zdravotníckom a poisťovacom segmente na Slovensku aj v Česku to otvára otázku, ako podobné dáta zo smart hodiniek v budúcnosti zapracovať do vlastných produktov alebo preventívnych programov, hoci konkrétna implementácia bude ešte roky závisieť od klinických schválení a legislatívy.
Google súčasne pripomína, že ide o výskumný projekt, nie o hotovú funkciu konkrétneho zariadenia. Spoločnosť pri podobnom výskume svojich tímov pracuje aj na úplne iných projektoch, napríklad na svetovom modeli Genie 4 od Google DeepMind, čo ukazuje, aké široké je aktuálne portfólio výskumu umelej inteligencie vo firme.
Limity výskumu
Autori v blogovom príspevku Google Research explicitne upozorňujú, že skríning hypertenzie pomocou smart hodiniek nemá nahradiť klasický tlakomer ani poskytovať samostatnú lekársku diagnózu. Ide podľa ich slov o ranú štúdiu uskutočniteľnosti, a opísané metódy nie sú indikátorom žiadnej existujúcej ani pripravovanej funkcie konkrétneho produktu. Klinická štúdia navyše zahŕňala len 196 ľudí bez známeho kardiovaskulárneho ochorenia a bez liekov na tlak, čo je malá vzorka na to, aby sa z nej dali robiť všeobecné závery pre celú populáciu. Cieľom podľa výskumníkov je najmä jemne nasmerovať rizikových ľudí k formálnemu vyšetreniu u lekára a znížiť celosvetovú medzeru v povedomí o chorobe, ktorá sa často prejaví až vo chvíli, keď už spôsobí trvalé poškodenie srdca alebo ciev.
Čo sledovať ďalej: kľúčové bude, či Google alebo iní výrobcovia hodiniek premenia tento výskum na skutočnú funkciu dostupnú bežným používateľom, a ako na podobný prístup zareagujú konkurenti ako Apple či Samsung. Zaujímavé bude aj to, či väčšie a geograficky rozmanitejšie klinické štúdie potvrdia presnosť namerané na pôvodnej vzorke 196 ľudí.
