في الأربعينيات من القرن العشرين ، اخترع طبيب هولندي يدعى جون بويل جهازًا غير طبيعة مراقبة القلب. يعتمد جهازه على فكرة أن لون الجلد يتغير وفقًا لكمية الدم التي يحتوي عليها. من السهل رؤيته في الطريقة التي يصبح بها الناس حمراء واجهوا حمراء عند ممارسة أنفسهم ،
ولكن اتضح أن هناك تغييرات أكثر دقة في اللون تحدث عند راحة القلب من الدم حول الجسم. إن انحسار وتدفق الدم من خلال الأوعية الشعرية يغير كمية الضوء المنعكسة من الجلد. قام جهاز Poel بإعداد الضوء في الجلد والتغيرات التي تمت مراقبتها في الكمية المنعكسة لتحديد معدل ضربات القلب للشخص. ودعا التقنية التصوير الفوتوغرافي ، وأصبحت منذ ذلك الحين معيارًا في الإعدادات الطبية في جميع أنحاء العالم ، مع مقاييس تأكسج الدم الرخيصة التي تقطعها على إصبع متوفرة على نطاق واسع عبر المنضدة.
ولكن في السنوات الأخيرة ، بدأ الأطباء في تطوير تقنيات عن بُعد لقياس معدل ضربات القلب – تحليل تسجيلات فيديو لبشرة الشخص للكشف عن تغييرات الألوان الصغيرة مع نبضات القلب. وبهذه الطريقة ، تعلموا قياس معدل ضربات القلب في مجموعة واسعة من ظروف الإضاءة باستخدام كاميرات رخيصة نسبيًا مع صور مأخوذة من مسافة بعيدة.
لكن السؤال المهم هو إلى أي مدى يمكن أن تذهب هذه التقنية عن بُعد إلى توفير مراقبة معدل ضربات القلب في كل مكان.
نبضات القلب
الآن لدينا إجابة بفضل عمل Ming-Zher Poh في Google Research وزملاؤه الذين طوروا نظامًا متعلمًا عميقًا يراقب معدل ضربات القلب عن بُعد باستخدام الكاميرا الأمامية للهاتف الذكي. طريقتهم هي نسخة محدثة من التصوير الفوتوغرافي للضوء عن بويل ، والذي يقيس التغييرات في حجم الدم من خلال تحليل الاختلافات الدقيقة في لون جلد الوجه الذي تم التقاطه عبر الفيديو.
يمكن أن يضعف ابتكارهم تتبع صحة القلب من خلال إتاحته للمليارات في جميع أنحاء العالم دون الحاجة إلى أجهزة إضافية أو جهد يدوي. يقول بوه وزملاؤه: “على حد علمنا ، هذا هو أول مظاهرة يمكن استخدامها للهواتف الذكية لمراقبة كل من الموارد البشرية و RHR بشكل سلبي أثناء استخدام الهاتف العادي في العالم الحقيقي”.
يعد معدل ضربات القلب الراحة علامة بيولوجية رئيسية لصحة القلب والأوعية الدموية والرفاهية بشكل عام. لطالما تم ربط معدل أعلى بزيادة مخاطر أمراض القلب والسكتة الدماغية. أظهرت دراسات مختلفة أن معدلات عالية مستمرة يمكن أن تشير إلى انخفاض اللياقة القلبية الوعائية أو ظهور الظروف الصحية الأساسية.
تقليديا ، فإن قياس معدل ضربات القلب المريح تطلب من الأفراد أن يظلوا في بيئة خاضعة للرقابة ، مثل الاستلقاء أو الجلوس بهدوء. في حين أن الأجهزة القابلة للارتداء قد جعلت مراقبة الموارد البشرية المستمرة أكثر سهولة ، إلا أن التبني يظل محدودًا ، خاصة بين السكان المعرضين لخطر الإصابة بأمراض القلب. هذا هو المكان الذي يقدم فيه انتشار الهواتف الذكية فرصة غير مسبوقة.
يلتقط نظام مراقبة معدل ضربات القلب السلبي لـ POH و CO فيديو الوجه أثناء استخدام الهاتف الذكي العادي ، مثل فتح الشاشة. يعالج النظام مقاطع فيديو قصيرة مدتها 8 ثوان لتقدير معدل ضربات القلب في الوقت الفعلي. لتحسين دقتها ، يقوم النظام بتجميع قياسات متعددة تم جمعها على مدار اليوم. والنتيجة هي قياس معدل ضربات القلب المريح الذي يمكن مقارنته في الدقة للأجهزة المخصصة التي يمكن ارتداؤها.
واحدة من الاختراقات الرئيسية لهذه الدراسة هي عملية التحقق الشاملة. على عكس دراسات التصوير الفوتوغرافي للتصوير عن بُعد السابق ، والتي اقتصرت على البيئات الخاضعة للرقابة ومجموعات البيانات الصغيرة ، قام الباحثون باختبار نظامهم على نطاق غير مسبوق ، باستخدام 225،773 مقطع فيديو من 495 مشاركًا والتحقق من صحته على 185،970 فيديو من 205 مشاركًا. تضمن الاختبار في الظروف في العالم الحقيقي 101 مشاركًا باستخدام هواتفهم الذكية عبر مجموعة متنوعة من ظروف الإضاءة ، وألوان البشرة ، وسيناريوهات الحركة.
يتمثل التحدي الحاسم في ضمان دقتها عبر نغمات البشرة المختلفة. يمتص الميلانين المزيد من الضوء ، مما قد يقلل من جودة الإشارة للأفراد ذوي البشرة الداكنة. أظهرت الدراسات السابقة انخفاضات كبيرة في الدقة لأولئك الذين لديهم بشرة أغمق. لمعالجة ذلك ، تم تدريب الباحثين بشكل مفرط على المشاركين الذين يتمتعون بألوان البشرة الداكنة وتأكد من تدريب نموذجهم على مجموعة بيانات متوازنة. يمثل هذا خطوة كبيرة إلى الأمام في ضمان أن تقنيات الصحة القائمة على الهاتف الذكي شامل وفعال لجميع المستخدمين.
قام الفريق بتقييم النظام القائم على الهاتف الذكي مقابل قياسات من الأجهزة التقليدية مثل الصور الكهربائية والأجهزة التي يمكن ارتداؤها حسب الطلب. كانت النتائج قابلة للمقارنة وارتفاع قراءات معدل ضربات القلب الراحة المرتبطة أيضًا بمؤشر كتلة الجسم العالي ولياقة القلب والأوعية الدموية المنخفضة. وهذا يعزز إمكانات النظام كأداة مراقبة صحية ذات مغزى.
يؤكد POH وزملاؤه أيضًا على الآثار الصحية الأوسع لنظامهم ، مشيرين إلى أن “هذا يفتح إمكانية جمع بيانات معدل ضربات القلب تلقائيًا عبر الأسابيع والأشهر والمواسم والسنين التي قد توفر معلومات صحية قيمة.”
في حين أن هذه التكنولوجيا واعدة للغاية ، فإنها لا تخلو من قيود. على سبيل المثال ، كانت معدلات نجاح القياس أقل في الظروف في العالم الحقيقي مقارنةً بالإعدادات المختبرية الخاضعة للرقابة ، حيث أدت حركة الجسم وظروف الإضاءة الشديدة في بعض الأحيان إلى قراءات غير موثوقة.
لتحسين الأداء ، يقترح الباحثون تنفيذ خوارزميات تعويض الحركة ، وتحسين إعدادات التعرض للكاميرا لتعزيز جودة الإشارة وخاصة تحت الإضاءة المتوهجة وزيادة عدد محاولات القياس عندما تكون الإشارة ضعيفة. ستكون اعتبارات استهلاك البطارية حاسمة للتنفيذ في العالم الحقيقي. قد تركز التكرارات المستقبلية على تحسين تردد القياس لموازنة جمع البيانات مع كفاءة الطاقة.
بالنظر إلى الطبيعة الحساسة للبيانات الصحية والتقاط فيديو للوجه ، تظل الخصوصية مصدر قلق كبير. يؤكد الباحثون على أن نظامهم قد تم تصميمه مع وضع الخصوصية في الاعتبار. يتم تنفيذ معالجة الفيديو على الجهاز ، مما يضمن أن البيانات البيومترية الحساسة لا تترك الهاتف الذكي للمستخدم. يتم بدء قياسات الموارد البشرية فقط عندما يفتح المستخدم شاشته ، وتجنب التسجيلات غير المصرح بها.
مستقبل صحية
يمكن للتطبيقات المستقبلية دمج جيوب آمنة لحماية البيانات ضمن بيئة التنفيذ الموثوق بها للهاتف الذكي. سيحتاج المستخدمون أيضًا إلى توفير موافقة واضحة قبل تمكين مراقبة الموارد البشرية السلبية ، وضمان الشفافية والتحكم في بيانات الصحة الشخصية.
هذا عمل مثير للاهتمام مع التطبيقات المحتملة التي تتجاوز تتبع الصحة الفردية. يمكن للتبني على نطاق واسع أن يمكّن الدراسات الصحية على نطاق واسع ومراقبة مستوى السكان ، ودعم مبادرات الصحة العامة وبرامج المراقبة عن بُعد. يمكن أن تساعد بيانات معدل ضربات القلب الطولية في تحديد العلامات المبكرة لقضايا القلب والأوعية الدموية ، مما يتيح التدخل الاستباقي والكشف عن الأمراض المبكر.
من منظور نمط الحياة والعافية ، يمكن أن يساعد التتبع السلبي للمستخدمين على مراقبة التغييرات في اللياقة والأوعية الدموية مع مرور الوقت دون الحاجة إلى الأجهزة القابلة للارتداء ، مما يوفر رؤى قيمة في تقدم اللياقة وأنماط الاسترداد. يقول الفريق: “هذه النتائج تسلط الضوء على إمكانات الهواتف الذكية لتمكين مراقبة صحة القلب السلبية والمنصفة”.
يمكن أن يبدأ ظهور مراقبة معدل ضربات القلب السلبي القائم على الهواتف الذكية تغييرًا مهمًا في الطريقة التي نراقب بها صحة القلب. كم من الوقت قبل أن يأتي التصوير الفوتوغرافي الضوئي البعيد إلى الهاتف بالقرب منك؟ من المؤكد أن جون بويل مندهش.
المرجع: مراقبة معدل ضربات القلب السلبي أثناء استخدام الهاتف الذكي في الحياة اليومية: arxiv.org/abs/2503.03783v2