האוזניות שמקשיבות ללב: המחקר שמקרב את האיירפודס למכשיר רפואי

האוזניות שנמצאות בכיס של מאות מיליוני אנשים עשויות לקבל בשנים הקרובות תפקיד חדש לגמרי. לצד מוזיקה, שיחות וביטול רעשים, הן יוכלו להקשיב גם ללב. מחקר שפורסם ב-17 ביולי בכתב העת Nature Communications מציג מערכת שמעריכה את נפח הפעימה של הלב מתוך אותות קוליים חלשים שנקלטים בתוך תעלת האוזן. נפח הפעימה הוא כמות הדם שהחדר השמאלי מזרים בכל התכווצות, מדד מרכזי לתפקוד מערכת הדם וליעילות פעולת הלב, והוא נמדד היום במרפאה בעזרת ציוד ייעודי.

את העבודה הובילו קיילה-ג'ייד בוטקאו ונבאז ג'לאלודין, שתרמו לה במידה שווה, יחד עם יאנג ליו, ג'ייק סטוצ'ברי-וואס, צ'יאנג יאנג, מתיאס צ'יליברטו, דונג מא, ג'וזף צ'ריאן ופרופ' ססיליה מסקולו, החוקרת המקשרת של המאמר. הצוות מגיע מהמחלקה למדעי המחשב והטכנולוגיה באוניברסיטת קיימברידג', מהיחידה לפרמקולוגיה קלינית בבית החולים האוניברסיטאי של קיימברידג' ומהמחלקה לרפואה באוניברסיטה.

הרעיון מבוסס על פיזיקה פשוטה יחסית. פעולת הלב וכלי הדם מייצרת תנודות מכניות שעוברות דרך רקמות, נוזלים ועצמות ומגיעות גם לאזור האוזן, וחלק מהאותות האלה יושבים בתדרים נמוכים מאוד. מיקרופון שממוקם בתוך אוזנייה אטומה קולט אותם, ומכאן האתגר עובר לשלב הבא: לחלץ מתוך הרעש את החתימה של פעימת הלב ולהמיר אותה למדד רפואי שימושי. עבודות קודמות כבר הראו שאפשר להפיק מתוך האוזן דופק ומידע המודינמי נוסף.

המיקרופון שפונה פנימה אל תעלת האוזן קיים ממילא באוזניות מבטלות רעש נפוצות, ובהן האיירפודס פרו של אפל, והוא זה שמספק את חומר הגלם. במחקר השתתפו 23 מתנדבים בריאים, וההערכות של המערכת הושוו למדידות של מכשיר קליני מאומת ששימש כאמת מידה.

המודל בנוי כאוטואנקודר מבוסס טרנספורמר. בשלב הראשון הוא מתאמן על שחזור האות בכוחות עצמו, בלי תיוג חיצוני, ומפתח כך ייצוג פנימי של המידע האקוסטי. רק בשלב השני הוא מותאם למשימה עצמה, הערכת נפח הפעימה, בשיטת למידת העברה.

השגיאה המוחלטת הממוצעת עמדה על 5.24 מיליליטר. המתאם בין הערך החזוי לערך שנמדד הגיע ל-0.94, ושיעור השגיאה בגבולות ההתאמה עמד על 11.05%, בתוך הטווח המקובל למכשירים קליניים שמודדים את הנתון הזה.

"הממצאים פותחים את הדלת למדידה קרדיווסקולרית ארוכת טווח, ניתנת להרחבה ובמחיר בר-השגה מחוץ למרפאה", כתבו החוקרים. האוזן הפכה בשנים האחרונות לאחד המקומות המבוקשים בעולם החישה: היא מספקת מגע יציב יחסית עם הגוף, נמצאת קרוב לכלי דם מרכזיים, והמכשיר יושב שם ממילא במשך שעות.

שוק המכשירים הלבישים כבר עבר מספירת צעדים למדידה רציפה של שינה, דופק ושונות בקצב הלב, וחברות כמו אורה ו-Whoop בונות סביב הנתונים האלה עסקים של מיליארדי דולרים. אורה התקדמה השנה לקראת הנפקה בוול סטריט, ואילו Whoop גייסה 575 מיליון דולר לפי שווי של יותר מ-10 מיליארד דולר.

אוזניות מוסיפות לקטגוריה הזאת יתרון משלהן: המשתמש כבר רוכש אותן מסיבה אחרת. אם חיישן שקיים לצורך ביטול רעשים יספק גם מידע על הלב, עלות החומרה השולית עשויה להיות קטנה. החוקרים מציינים שפתרונות קיימים למדידת נפח פעימה נשענים על מכשור ייעודי, וזה בדיוק הפער שאליו כיוונה העבודה.

המדגם כלל 23 אנשים בריאים, כך שהשלב הבא דורש אוכלוסייה רחבה יותר: מטופלים עם מחלות לב, טווח גילאים גדול, מאפיינים גופניים מגוונים ופעילות יומיומית אמיתית. המרחק בין תנאי מדידה מבוקרים לבין אוזניות מסחריות כפי שהן נמכרות היום נותר פתוח, וכך גם ההתנהגות של האלגוריתם בקצוות טווח נפח הפעימה. כתב העת פרסם לצד המאמר את תיק השיפוט המלא, כולל חוות הדעת של הבוחנים.

בהצהרת ניגודי העניינים של המאמר מופיע גילוי נאות עסקי: בוטקאו ומסקולו הן מייסדות-שותפות של אוריקס, סטארט-אפ שמתמקד באודיו תוך-אוזני לצורכי בריאות וכושר. השתיים מציינות שם שאין להן ניגוד עניינים בעבודה הזאת.

אותה קבוצה בקיימברידג' כבר פרסמה עבודות על ניטור קצב לב באמצעות מיקרופונים תוך-אוזניים ועל הערכת קצב נשימה מתוך האודיו של אוזניות. אוריקס, שצמחה מתוך המעבדה, גייסה בסוף אפריל 2 מיליון דולר בסבב ראשוני בהובלת קרן סלרו ונצ'רס, לצד קמברידג' אנטרפרייז ומשקיעים נוספים.