據(jù)一項(xiàng)統(tǒng)計(jì)顯示，當(dāng)COVID-19在美國(guó)開(kāi)始時(shí)，遠(yuǎn)程醫(yī)療訪問(wèn)量急劇增加 -- 超過(guò)4000%。但在這些虛擬預(yù)約中，醫(yī)生能完成的工作是有限的。也就是說(shuō)，他們不能通過(guò)電話(huà)檢查病人的每一項(xiàng)生命體征。

但正在研發(fā)的新技術(shù)可以通過(guò)為手機(jī)配備可靠的軟件來(lái)測(cè)量一個(gè)人的關(guān)鍵生物特征，從而改變這種狀況。近日，在美國(guó)計(jì)算機(jī)協(xié)會(huì)（Association for Computing Machinery）召開(kāi)的一次會(huì)議上，研究人員展示了一種機(jī)器學(xué)習(xí)系統(tǒng)，這種系統(tǒng)可以生成一個(gè)個(gè)性化模型，根據(jù)智能手機(jī)攝像頭拍攝的短視頻來(lái)測(cè)量心率和呼吸頻率。

這項(xiàng)技術(shù)只需一個(gè)18秒的頭部和肩部視頻片段，算法就可以根據(jù)皮膚反射的光強(qiáng)度變化來(lái)確定心率或脈搏。呼吸頻率或呼吸等可以從人們的頭，肩膀和胸部的有節(jié)奏的運(yùn)動(dòng)收集。

微軟研究院（Microsoft Research）首席研究員Daniel McDuff和華盛頓大學(xué)（University of Washington）博士生Xin Liu開(kāi)發(fā)了該系統(tǒng)。McDuff說(shuō)，目前除了極少數(shù)在家里有醫(yī)療級(jí)設(shè)備的患者外，其他人沒(méi)有辦法進(jìn)行遠(yuǎn)程生命體征采集 -- 比如檢測(cè)心率和血氧水平的脈搏血氧儀，或者血壓袖帶。大多數(shù)人并不擁有這些設(shè)備，因此對(duì)于絕大多數(shù)虛擬預(yù)約來(lái)說(shuō)，患者還必須安排單獨(dú)的面診才能獲得這些測(cè)量值。

基于視頻所開(kāi)發(fā)的軟件可以在遠(yuǎn)程醫(yī)療預(yù)約期間收集生命體征，這將大大簡(jiǎn)化虛擬醫(yī)療流程。這類(lèi)技術(shù)的研究始于2007年左右，當(dāng)時(shí)數(shù)碼相機(jī)變得足夠敏感，能夠捕捉到皮膚上顯示血容量的小像素級(jí)變化。在COVID-19大流行的早期，遠(yuǎn)程醫(yī)療訪問(wèn)增加，這一領(lǐng)域出現(xiàn)了新的興趣浪潮。

全球有幾個(gè)研究小組一直在開(kāi)發(fā)基于視頻的非接觸式生命體征傳感技術(shù)。牛津大學(xué)的一個(gè)小組正在為醫(yī)院重癥監(jiān)護(hù)室或接受腎透析的病人開(kāi)發(fā)光學(xué)遠(yuǎn)程監(jiān)測(cè)生命體征。萊斯大學(xué)的研究人員正在開(kāi)發(fā)一種設(shè)備，用于監(jiān)測(cè)車(chē)輛駕駛員心臟病發(fā)作的情況。

谷歌今年2月宣布，其基于Android的健康跟蹤平臺(tái)Google Fit將使用手機(jī)攝像頭測(cè)量心率和呼吸頻率。用戶(hù)將一根手指放在手機(jī)后置攝像頭上以獲取心率，用戶(hù)面部的視頻可以采集呼吸頻率。軟件是為了健康的目的，而不是醫(yī)療用途或醫(yī)生訪問(wèn)。這一領(lǐng)域的研究人員面臨的挑戰(zhàn)是開(kāi)發(fā)出在真實(shí)世界環(huán)境中始終保持高精度工作的技術(shù)，在現(xiàn)實(shí)世界中，人臉和燈光會(huì)發(fā)生變化。McDuff和Liu開(kāi)發(fā)的方法旨在解決這個(gè)問(wèn)題。

在他們的方法中，心率是通過(guò)測(cè)量皮膚反射的光來(lái)確定的?！毖萘康淖兓瘯?huì)影響皮膚反射光線(xiàn)的方式，因此，攝像機(jī)捕捉到了光強(qiáng)度的微小變化，可以用來(lái)恢復(fù)脈沖信號(hào)。從中我們可以推斷出心率變化，并檢測(cè)出心律失常等情況。

算法必須考慮諸如膚色、面部毛發(fā)、光線(xiàn)和衣服等變量。任何一種人臉識(shí)別技術(shù)都會(huì)出現(xiàn)問(wèn)題，部分原因是訓(xùn)練機(jī)器學(xué)習(xí)算法的數(shù)據(jù)集不能代表我們不同的人群。

McDuff的模型面臨著一個(gè)額外的挑戰(zhàn)：“深色皮膚的黑色素含量較高，因此光反射強(qiáng)度會(huì)較低，因?yàn)楦嗟墓獗晃?，”他說(shuō)，“這會(huì)導(dǎo)致信噪比變?nèi)酰瑥亩y檢測(cè)到脈沖信號(hào)?！币虼耍@是關(guān)于有一個(gè)代表性的訓(xùn)練設(shè)置，還有一個(gè)基本的身體挑戰(zhàn)，我們需要解決的問(wèn)題在這里，”McDuff說(shuō)。

為了應(yīng)對(duì)這一挑戰(zhàn)，該團(tuán)隊(duì)開(kāi)發(fā)了一個(gè)系統(tǒng)，為每個(gè)人提供個(gè)性化的機(jī)器學(xué)習(xí)算法。“我們提出了一種學(xué)習(xí)算法來(lái)快速學(xué)習(xí)一個(gè)人的生理信號(hào)，”他說(shuō)，“這個(gè)系統(tǒng)只需18秒的視頻就能提供結(jié)果?！?/p>

與標(biāo)準(zhǔn)的醫(yī)療級(jí)設(shè)備相比，該方法在估計(jì)心率時(shí)的平均絕對(duì)誤差為每分鐘1到3次，Liu說(shuō)。這在許多應(yīng)用中都是可以接受的。

該系統(tǒng)還沒(méi)有準(zhǔn)備好用于醫(yī)療，還需要在臨床試驗(yàn)中進(jìn)行驗(yàn)證。為了提高系統(tǒng)的穩(wěn)定性，該團(tuán)隊(duì)正在采取的一種方法是在計(jì)算機(jī)生成的圖像上訓(xùn)練模型?！拔覀儗?shí)際上可以合成高保真的化身，展示這些血流模式和呼吸模式，我們可以在計(jì)算機(jī)生成的數(shù)據(jù)上訓(xùn)練我們的算法，”McDuff說(shuō)。

研究人員說(shuō)，這項(xiàng)技術(shù)既可以用于醫(yī)療，也可以用于健身。除了遠(yuǎn)程健康訪問(wèn)之外，遠(yuǎn)程生命體征對(duì)于需要頻繁、準(zhǔn)確生物特征測(cè)量的慢性疾病患者也很有用。

原文標(biāo)題：智能手機(jī)攝像頭可以感知病人的脈搏、呼吸頻率

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