Как по кашлю определить коронавирус приложение
О потенциальной возможности определять COVID-19 неинвазивными методами без забора биоматериала заговорили ещё в прошлом году. Группа врачей госпиталя Mount Sinai в Нью-Йорке предложила использовать для этой цели Apple Watch, рассчитывая, что в основу ляжет пульсометр с функцией замера скорости кровотока. Предполагалось, что диагностика будет проводиться в ночные часы, когда организм наиболее активно борется с инфекцией, а кровь переносит по сосудам тельца-защитники. Но с тех пор этот проект так и не получил своего развития. Зато «Сбер» сделал приложение, которое выявляет инфекцию с точностью 82%.
У Сбера появилось собственное приложение для диагностики COVID-19
Разработчики «Сбера» совместно с экспертами дочерней медицинской компании «СберМедИИ» создали приложение AI Resp. Оно ориентировано на неинвазивную диагностику COVID-19 путём анализа кашля, дыхания и голоса пользователя. Нейросеть получает эти данные, сверяет их со списком симптомов, о которых говорит сам пациент, а затем всё анализирует и выдаёт результат.
Приложение для диагностики COVID-19
Чтобы работа AI Resp стала возможной, нейросеть долгое время обучали на более чем 3000 пациентов, изучая их поведенческие паттерны в период болезни. В результате нейросеть удалось натаскать на достаточное эффективную диагностику, точность которой достигает 82%. Это, кстати, даже выше, чем предлагают некоторые ПЦР-тесты, чья точность колеблется в районе 60-70%.
Чтобы провести диагностику посредством AI Resp, вам потребуется:
- Скачайте приложение AI Resp по этой ссылке;
- Запустите его и примите соглашение пользователя;
- Выберите из списка симптомы, которые у вас есть;
Диагностика займёт не больше одно минуты
- Запишите свои кашель, дыхание и голос в течение 5 секунд;
- Дождитесь окончания анализа и получите результат.
Разработчики рекомендуют проводить все записи, удерживая смартфон на расстоянии 20-30 см от лица. Если держать его ближе, кашель, голос и дыхание получатся громче и интенсивнее, чем они есть на самом деле, и это может сбить алгоритмы. Если расстояние будет больше, алгоритмы могут, наоборот, не уловить каких-то важных деталей, которые могли быть важны для более точной диагностики.
Можно ли определить COVID-19 по кашлю
Иронично, что ни в самом приложении, ни в его описании на странице в App Store вообще нет упоминания о COVID-19. По умолчанию пользователь, который скачивает его, должен считать, что приложение служит для диагностики респираторных заболеваний. Однако это сделано намеренно. Дело в том, что модераторы каталога очень строго относится к приложениям такого толка, поэтому разработчики решили упомянуть COVID-19 только в пресс-релизе, но не пихать название инфекции туда, где оно может смутить Apple.
Я проверил приложение трижды, но каждый раз оно выдавало мне вот такую ошибку
Сам «Сбер» не рекомендует считать приложение AI Resp медицинским инструментом для диагностики COVID-19. Алгоритмы рассчитаны лишь на примерное определение инфекции и её отдельных признаков. Поэтому, если вдруг приложение сочтёт, что вы можете быть инфицированы, оно предложит вам сдать анализ в специализированной лаборатории, поскольку вот такая неинвазивная диагностика не является 100-процентной гарантией результата.
Честно сказать, оценить эффективность приложения мне так и не удалось. Я трижды пробовал пройти тест, записывал свои кашель, дыхание и голос, но неизменно на выходе получал оповещение о том, что приложению не удалось обработать полученные данные. Я даже попросил сделать то же самое членов своей семьи, и во всех случаях результат был один и тот же. Понятия не имею, в чём дело, но пока диагностическая польза AI Resp – под большим вопросом.
Специалисты Эссекского университета в Великобритании разработали приложение, способное определять коронавирус по звуку кашля. Создатели обещают почти 100% точность диагноза. Разбираемся, насколько надежен предложенный метод и реально ли выявить заражение COVID-19 только по кашлю.
Виртуальный доктор
Свою программу DeepCough3D британские ученые протестировали почти на 8,4 тысячи звуковых образцах кашля пациентов из мексиканских и испанских больниц. Из этого числа практически у 2,4 тысячи человек лабораторно подтвердили коронавирус. Создатели утверждают, что изобретение верно определяет наличие или отсутствие заражения в 98% случаев.
По словам ученых, программа умеет различать обычный кашель и кашель, вызванный коронавирусом. Человеческий слух такую разницу не воспринимает. Создатели уверяют, что разработка способна определить и серьезность заболевания.
Работает программа на основе искусственного интеллекта. Британцы уверяют, что их разработка единственная, которая "тренировалась" на столь большом количестве аудиозаписей с подтвержденным результатом тестирования на коронавирус. Предполагается, что приложение должно стать самым быстрым, дешевым и бесконтактным способом предварительного тестирования на COVID-19.
Подобные технологии для борьбы с коронавирусом разрабатывают не только в Великобритании. Например, в конце октября 2020 года свой нейросетевой алгоритм представила российская компания "Медитэкс", которая является участником Национальной технологической инициативы. Программа способна прослушать кашель на предмет соответствия типичной картины развития коронавирусной инфекции. На момент презентации точность диагноза составляла более 85%.
Руководитель проекта, научный сотрудник Физического института имени Лебедева РАН Дмитрий Михайлов пояснил, что технология анализирует записанный звук, который можно представить в виде графика колебания частот во времени. На такой спектрограмме просматривается характерный для COVID-19 рисунок. Это значительно упрощает работу врачам, полагает Михайлов.
Метод надежен?
Врач-пульмонолог Сергей Пурясев рассказал Москве 24, что теоретически такие технологии способны помочь в определении заразившихся коронавирусом.
"Кашель при патологии, связанной с повреждением легких от COVID-19, отличается определенной частотой, тональностью. Характеризуется он и отделяемой мокротой, продуктивно это происходит или нет. В принципе, обработав огромное количество аудиоматериала, можно найти ту тональность, те килогерцы, которые характерны для той или иной патологии. В том числе коронавируса", – отметил пульмонолог.
Специалист добавил, что в появлении подобных приложений в мобильных телефонах не видит никакой опасности. По его словам, чем человек более насторожен к своему состоянию здоровья, тем лучше.
В свою очередь, врач-пульмонолог, заслуженный деятель науки РФ Евгений Шмелев в разговоре с Москвой 24 усомнился в наличии характерных особенностей "коронавирусного кашля".
"Существующие тесты на сегодняшний день самые правильные. А кашель может быть самый разный. Отек от того же COVID-19 еще не сформировался – он сухой. Пострадал ресничный эпителий в дыхательных путях, появился избыток жидкости – вот вам влажный кашель. Поэтому лично я сомневаюсь в эффективности такого приложения", – подчеркнул Шмелев.
Фото: Москва 24/Антон Великжанин
Он добавил, что у многих курящих людей после 50 лет уже есть поражения респираторной системы. При этом коронавирус может спровоцировать обострение, вследствие чего кашель станет не сухим, а влажным. Все это говорит о том, что приложение не даст 100% гарантии диагноза, уверен пульмонолог.
С этой точкой зрения согласен и врач-терапевт Виктор Лишин. По его словам, люди переносят коронавирусную инфекцию со своими индивидуальными особенностями.
"Есть три основных симптома, которые появляются у заболевших с высокой вероятностью. Это потеря обоняния, высокая температура и кашель. Он, как правило, сухой. Но у меня было много пациентов, у которых кашель был влажным или переходил из одного состояния в другое. Потому что кашель – это симптом, а не диагноз. Он может быть причиной других проблем со здоровьем, в том числе вообще не связанных с простудными заболеваниями", – рассказал врач Москве 24.
В пример специалист приводит ситуацию, когда при поражении COVID-19 легких у человека еще и болит горло. В таком случае слизь будет спускаться из горла в нижние отделы дыхательных путей, из-за чего характер кашля поменяется. Такие обстоятельства уже смазывают клиническую картину и диагностику по этому показателю, считает эксперт.
"На мой взгляд, использованное британскими учеными количество аудиозаписей – это очень маленькая выборка. С учетом того, что коронавирусом в мире переболели миллионы человек. В этой ситуации погрешность может быть очень высокой", – подчеркнул врач-терапевт.
Диагностика коронавируса должна быть основана на биоматериалах, а не на звуках, продолжает он. Пока приложение британских ученых, по мнению терапевта, мало основано на медицине. Даже такая методика должна подтверждаться более углубленными тестами, а не оставаться единственной, резюмировал собеседник Москвы 24.
Нейросеть поможет диагностировать COVID-19 по звуковым характеристикам кашля. Алгоритм определит тип кашля и сообщит, если он похож на характерный, зараженному коронавирусом человеку. Воспользоваться новинкой можно будет в мобильном приложении или через специальный терминал, напоминающий смартфон. Нейросеть обучали на нескольких тысячах записей кашля больных COVID-19 и людей с другими патологиями дыхательной системы. Сейчас алгоритм точен на 85%, но разработчики продолжают его совершенствовать. Предполагается, что приложение можно будет использовать в госучреждениях и общественном транспорте.
Подыши в микрофон
Сухой кашель — один из основных симптомов COVID-19. Хотя он характерен и для других болезней: ОРВИ, гриппа, бронхита, пневмонии. Однако у «ковидного» кашля есть свои особенности. Нейросеть, которая в реальном времени определяет, вызван кашель COVID-19 или другими проблемами, разработала компания «Медитэкс» (участник Национальной технологической инициативы). Проект назвали Acoustery.
— Записанный звук можно представить в виде картинки — графика колебания частот во времени, — рассказал руководитель проекта, научный сотрудник Физического института им. П.Н. Лебедева РАН Дмитрий Михайлов. — Эту запись называют спектрограммой. Даже невооруженным взглядом можно увидеть на ней характерный для COVID-19 рисунок. Это удобно для врачей, которым не хочется лишний раз контактировать с потенциально заразным пациентом. Все-таки по телефону звуки искажаются, а картинку можно изучать в любом виде. Однако даже глаз опытного врача со временем устает, «замыливается». К тому же больной не всегда может оперативно обратиться за врачебной помощью, поэтому было решено создать нейросеть, которая сможет сама идентифицировать заболевание, а врач уже подтвердит или скорректирует результат.
«Проверку» кашля проводят с помощью терминала, внешне напоминающего обычный смартфон. Компания также выпустила мобильное приложение. Оно работает так: человек кашляет в микрофон телефона и программа выдает свое заключение, болен ли он COVID-19. Причем при записи звука микрофон не отфильтровывает лишние шумы, что позволяет программе работать правильно.
Сейчас компания ожидает заключения Росздравнадзора. Технология новая, и ведомству потребуется время, чтобы понять, как ее сертифицировать. На запрос «Известий», как скоро будет готово заключение, в Росздравнадзоре оперативно не ответили.
После регистрации систему определения COVID-19 по кашлю можно будет использовать в общественном транспорте, в государственных учреждениях, отметили в пресс-службе Национальной технологической инициативы. Пока программу тестируют только в клиниках. Хотя работу нейросети проверяли также и в российских аэропортах.
«Ковидная» картина
До пандемии COVID-19 пульмонологи практически не работали со спектрограммами. Однако болезнь внесла свои коррективы в работу врачей, и они стали переходить на новую методику анализа.
— У кашля больных COVID-19 действительно есть свои особенности, — пояснила доцент кафедры детских инфекций Самарского государственного медицинского университета Наталия Бочкарева. — Он надсадный, сухой, с короткими толчками. У таких больных есть и особенности дыхания — тяжелый вдох, например. Всё вместе дает довольно специфическую картину, в частности, на спектрограмме.
Исследователи собрали записи кашля 2 тыс. больных COVID-19 и 5 тыс. людей с другими патологиями из клиник России, Белоруссии и Казахстана, в том числе и из Пироговского центра. Нейросети «показывали» записи «ковидного» и «нековидного» кашля, а также выделяли места в графиках, на которые стоит обращать внимание.
— Собирать «ковидный» кашель оказалось довольно трудно, — рассказал «Известиям» Дмитрий Михайлов. — Во многих клиниках, куда мы обращались, сообщали, что у них нет времени или возможностей присылать записи. Поэтому мы написали особый программный модуль, который позволил уменьшить количество записей для обучения нейросети. Кроме того, нам пришлось разработать программу, которая генерировала «ковидный» кашель для первого этапа обучения нейросети. Потом набралось достаточное количество реальных записей, и конечный результат алгоритма ориентирован именно на них.
Проверочная работа
Сейчас нейросеть может обнаружить COVID-19 с точностью более 85%. Причем медика нужно дольше обучать работе со спектрограммой, чем нейросеть, отметили разработчики. Хотя, конечно, после «диагноза» программы нужна дополнительная проверка: тест на COVID-19 или консультация врача.
— В проекте наши врачи выступают экспертами. Кроме того, мы предоставляем медицинские данные для обучения искусственного интеллекта системы, — заявил заместитель генерального директора по научной и образовательной деятельности Пироговского центра Андрей Пулин. — По мнению наших экспертов, у проекта большой потенциал.
Для практического применения необходимо повысить точность работы нейросети, добавила Наталия Бочкарева. Кроме того, ее можно модифицировать и для диагностики других заболеваний по спектрограммам кашля.
Американские специалисты из Массачусетского технологического университета разработали нейросеть, способную определить коронавирус по звуку кашля. Они надеются, что в ближайшем будущем этот инструмент можно будет использовать для массовой первичной диагностики. Исследование было опубликовано в журнале IEEE Journal of Engineering in Medicine and Biology.
У многих людей COVID-19 протекает бессимптомно. Однако в этом случае, как оказалось, отличить больных можно по кашлю — разница незаметна для человеческого уха, но специальный алгоритм способен найти отличия.
До начала пандемии некоторые исследовательские группы уже искали способы диагностировать с помощью нейросетей по звуку кашля такие состояния, как пневмония и астма. Ученые из Массачусетского технологического института разрабатывали модели для анализа записей кашля с целью выявления признаков болезни Альцгеймера — заболевания, связанного не только с ухудшением памяти, но и с нейромышечной деградацией, например, ослаблением голосовых связок.
«На звуки при разговоре и кашле влияют голосовые связки и другие органы, — говорит Брайан Субирана, один из авторов работы. — Когда вы говорите, часть разговора похожа на кашель, и наоборот. Это также означает, что информацию, которую мы извлекаем из беглой речи, ИИ может получить из кашля — включая пол человека, родной язык или даже эмоциональное состояние. Так что мы подумали, почему бы нам не проверить, как все это работает по отношению к COVID-19».
Добавив к уже имевшимся наработкам данные об изменении в работе дыхательных путей и легких и натренировав нейросеть на образцах кашля людей с бессимптомным коронавирусом, исследователи смогли создать достаточно точный и надежный инструмент предварительной диагностики.
Исследователи попросили добровольцев присылать им образцы кашля и сообщать данные о себе — пол, возраст, национальность, результаты тестов на COVID-19 и испытываемые симптомы. Всего они получили более 200 тыс. образцов кашля от 70 тыс. пользователей. Около 2500 записей прислали люди с подтвержденным COVID-19, в том числе и бессимптомным.
Даже на начальном этапе нейросеть оказалась способна определить людей с COVID-19 по нескольким параметрам, включая силу голосовых связок, изменения в работе легких и дыхательных путей, мышечную деградацию.
«COVID-19 влияет на издаваемые звуки, даже если у вас нет симптомов», — отмечают исследователи.
К концу обучения нейросети исследователям удалось добиться точности в 98,5% при определении людей с COVID-19, включая тех, у кого не было симптомов.
Исследователи надеются, что Управление по санитарному надзору за качеством пищевых продуктов и медикаментов (FDA) разрешит им создать приложения для телефона и браузера на основе этого алгоритма. Такие приложения могут стать удобным, бесплатным и неинвазивным инструментом предварительного скрининга для выявления людей с бессимптомной коронавирусной инфекцией. Пользователи могли бы ежедневно проверять свое здоровье, просто кашляя в телефон и мгновенно получая информацию, могут ли они болеть COVID-19 и следует ли им обратиться к врачу за тестированием.
Ранее о возможности определять коронавирус по голосу заявили специалисты Кембриджского университета. Они разработали приложение для сбора данных о кашле и изменениях голоса и дыхания у пациентов с COVID-19.
Приложение COVID-19 Sounds доступно для браузеров Chrome и Firefox, скоро появятся версии для смартфонов на базе Android и iOS.
Приложению понадобятся основные демографические и медицинские данные пользователей, образцы их речи, дыхания и кашля, а также информация о том, есть ли у них положительный результат теста на коронавирус. Медицинских консультаций приложение не предоставляет — оно лишь собирает информацию для исследовательских целей.
В дальнейшем эти данные предполагается использовать для более точной диагностики и выявления осложнений. Кроме данных по COVID-19 исследователи надеются собрать информацию и по другим респираторным заболеваниям.
Читайте также: