اختراع دستگاه نوار قلب جدید بدون نیاز به تماس با بدن

محققان چینی دستگاه نوار قلب جدیدی را اختراع کرده‌اند، که بدون ‌نیاز به‌تماس با بدن بیمار می‌تواند به‌صورت پیوسته فعالیت قلب او را کنترل نماید. درگذشته بیماران از اتصال مداوم این دستگاه‌ها به بدن خود اکراه داشتند، اما به‌لطف این اختراع و امکان رصد پیوسته بیماران از‌طریق این دستگاه، نه‌تنها کنترل بلکه پیشگیری از ابتلا به بسیاری از بیماری‌های قلبی امکان‌پذیر گردیده است.

به گزارش هوشیو، با این‌که بیش از ۱۰۰ سال از ساخت اولین دستگاه‌ها برای اندازه‌گیری فعالیت الکتریکی قلب می‌گذرد، دستگاه نوار قلب موسوم‌به الکتروکاردیوگرام (ECG) همچنان بزرگ‌ترین دستاورد این حوزه محسوب می‌شود. البته در‌حال‌حاضر، دستگاه ECG به‌اتصال مستقیم الکترودها به بدن نیاز دارد. حتی جدیدترین محصولات موجود همچون اپل واچ نیز باید مستقیماً با کاربر تماس داشته باشند، تا در بدن او مداری تشکیل دهند و سیگنال‌های الکتریک قلبش را اندازه‌گیری نمایند.

با‌‌وجوداین، پژوهشگران چینی از ساخت دستگاه نوار قلب جدیدی خبر داده‌اند، که از رادار امواج میلی‌متری و هوش مصنوعی برای ثبت سیگنال‌های الکتریکی قلب استفاده می‌کند و به‌همین‌خاطر، نیازی به تماس مستقیم با بدن بیمار ندارد. یافته‌های اولیه‌ این پژوهش امیدوارکننده بوده‌اند و اگر نتیجه‌ مراحل بعدی نیز موفقیت‌آمیز باشد، این فناوری کاربردهای متعددی به‌همراه خواهد داشت، که به‌لطف حجم گسترده‌ای از اطلاعات معتبر مرتبط با قلب محقق می‌گردد.

یان چن Yan Chen، استاد دانشگاه علم‌وفناوری چین، توضیح می‌دهد: «طبق شواهد تجربی، بسیاری از بیماری‌های قلبی را می‌توان از‌طریق نظارت پیوسته بر ECG و تحلیل داده‌های مربوطه، کنترل یا حتی پیشگیری کرد. با‌این‌حال، نیاز به اتصال الکترودها به بدن باعث می‌شود، افراد نسبت به پوشیدن دستگاه‌ها در بازه‌ زمانی طولانی اکراه داشته باشند. از‌طرف‌دیگر، سیگنال‌های پراکنده و غیرمنظمی که از‌طریق روش‌های دیگر به ‌دست‌ می‌آیند، به‌سختی می‌توان تحلیل کرد.»

 چن به تجربه‌ شخصی خود در این ‌زمینه اشاره می‌کند: «برای آزمایشی می‌بایست ۲۴ ساعت تحت‌نظر ECG می‌بودم. در طول این مدت، واقعاً اذیت شدم، زیرا پوستم در نواحی‌ای که الکترودها قرار گرفته بودند شروع به خارش و التهاب کرد. چون این الکترودها با سیم به‌دستگاه وصل شده بودند، حتی نمی‌توانستم تکان بخورم. این تجربه باعث شد دیگر معاینه‌ این‌چنینی را قبول نکنم.»

چن و همکارانش برای اختراع دستگاه نوار قلب جدید از سیستم رادار امواج میلی‌متری استفاده کردند، که می‌تواند حرکت سیستم قلبی-عروقی را در‌طول زمان، در سه جهت مختلف تشخیص دهد. این پژوهشگران طی گام بعدی یک الگوریتم هوش مصنوعی توسعه دادند، که این فعالیت‌های مکانیکی را تحلیل کرده و فعالیت الکتریک را بر‌اساس آن‌ها تشخیص می‌دهد.

در پژوهش مذکور، متخصصان ۲۰۰ آزمایش اجرا کردند. تعداد مشارکت‌کنندگان، که در گروه سنی بین ۱۸ تا ۶۵ قرار داشتند، ۳۵ نفر بود. دستگاه رادار با فاصله‌ ۴/۰ تا ۵/۰ متری از بدن افراد قرار گرفت. آزمایش روی هر مشارکت‌کننده در چهار حالت متفاوت تکرار گردید، تا شرایط زندگی روزمره آنها شبیه‌سازی شود. این چهار حالت عبارت بودند از: تنفس عادی، تنفس غیرمنظم، بعد از ورزش و در حالت خواب.

پژوهشگران داده‌های به‌دست‌آمده از این آزمایش‌ها را برای آموزش و آزمایش الگوریتم هوش مصنوعی به‌کار‌بردند. میانه‌ خطای زمانی الگوریتم کمتر از ۱۴ میلی‌ثانیه بود. میانه دقت ریخت‌شناسی الگوریتم نیز ۹۰ درصد دقت رویه‌ متداول ECG با الکترود بود.

چن خاطرنشان می‌کند: «رویکرد جدید از رادار استفاده می‌کند و چندین مزیت نسبت به رویکردهای معمولی دارد. برجسته‌ترین نقطه‌قوت این روش این است که هنگام استفاده از این رویکرد، بیمار نیازی به درآوردن لباس‌ها یا پوشیدن دستگاه یا الکترود خاصی ندارد.»

بااین‌حال، رویکرد جدید نقاط‌ ضعفی هم دارد. برای مثال، دستگاه نوار قلب جدید هنگام حرکت کاربر، دقتش کاهش می‌یابد. پژوهشگران در ‌آینده به این مشکل خواهند پرداخت. مشکل دیگر این است که مطالعات مذکور شامل کاربران سالم نیز می‌شد. به‌همین‌دلیل، در ‌آینده، الگوریتم هوش مصنوعی را باید روی افرادی که بیماری‌های قلبی-عروقی خاص دارند نیز آموزش داد.

چن پتانسیل بالایی برای رویکرد ECG بدون تماس می‌بیند. وی و همکارانش در تلاش‌اند این فناوری را وارد فاز تجاری کنند. چن دراین‌باره توضیح می‌دهد: «قصد داریم نسخه‌ای از این محصول را برای مراقبت‌های خانگی آماده کنیم تا برای مثال، به سالمندانی که به بیماری قلبی خاصی مبتلا هستند امکان مراقبت و نظارت کامل و جامع را ارائه دهیم. ما معتقدیم، این دست نوآوری‌ها زندگی افراد را بهبود می‌بخشند.»

پژوهش مذکور در ژورنال IEEE Transactions on Mobile Computing به چاپ رسیده است.