Období covidové pandemie přineslo do našich životů spoustu praktických změn – někteří se třeba naučili více brát ohled na okolí a nosit roušku i v okamžiku, kdy na ně jen leze rýma, nebo třeba rovnou zůstat doma, aby „nešířili“. Jiní zase začali při vybírání pečiva v marketu opravdu používat igelitové rukavice nebo se v hoře housek při hledání té správně posolené a dozlatova vypečené už zase tak vehementně nepřehrabují.
Z těch techničtějších věcí zase vznikly třeba skvělé designy pro 3D tisk obličejových štítů, o nových a cenově dostupných verzích plicních ventilátorů – třeba tuzemském CoroVent – nemluvě. Nějak pomoci lékařům se rozhodli také v americkém Národním institutu standardů a technologie (NIST), kde nakonec přišli na to, jak pro monitorování dechu pacientů využít Wi-Fi.
Nové uplatnění komunikačních dat
Wi-Fi routery a připojená zařízení si mezi sebou průběžně posílají rádiové signály, v nichž si vyměňují informace potřebné pro získání přístupu k internetu, typu zařízení a podobně. S tím, jak tyto signály putují prostorem, se všelijak odrážejí od zdí a jiných překážek – nábytku, domácích rostlin i členů domácnosti. Každý pohyb nebo posunutí těchto předmětů pak vyvolává mírnou změnu síly signálu a jeho trasy.
Jason Coder z NIST si v průběhu roku 2020 s pár kolegy uvědomil, že právě tyto komunikační signály mezi zařízeními by šlo využít k detekci toho, zda se „překážka“, tedy pacient, hýbe, přesněji v jakém tempu se mu zdvihá hruď, a zda vůbec). „Svět byl v té době postaven na hlavu. Nemocnice a lékaři byli zahlceni pacienty, kteří byli v různých fázích vývoje onemocnění covidem, a zařízení monitorujících dech byl urgentní nedostatek. To byl okamžik, kdy jsme se začali zamýšlet, jak pomoci,“ popsal Coder.
S kolegy z Centra pro přístroje a radiologické zdraví při FDA (americký Úřad pro kontrolu potravin a léčiv) proto vyvinul metodu sběru dat o kvalitě a trase ze zmíněných signálů – známých jako CSI z anglického Channel State Information. Takový signál je vždy stejný a router ví, jak má přesně vypadat. S tím, jak ale CSI putuje prostředím, je všelijak rušen, a router tyto ruchy následně analyzuje a využívá k optimalizaci kvality internetového spojení.
Jednoduchá úprava
Coderův tým proto upravil firmware běžného routeru, aby CSI vysílal a přijímal mnohem častěji než obvykle, třeba až desetkrát za sekundu. Tím získal poměrně detailní přehled, jak se signál během velmi krátkého časového úseku mění. Ve finálním testu pak v bezodrazové komoře k takovému routeru připojil jiné zařízení a vedle položil lékařskou resuscitační figurínu. „Andula“ dokázala simulovat různé rychlosti dýchání a jeho poruchy. Shromážděná data, kterých bylo „přebohatě“, nechali vědci „přechroupat“ systémem strojového učení. A čekali.
Výsledek nyní publikovali v časopisu IEEE Access. Je jím algoritmus BreatheSmart, který z dat CSI dokáže s 99,54procentní přesností vyčíst, jakou dechovou poruchou dotyčný trpí nebo jaké dechové potíže u něho nastávají. „Podařilo se nám sesbírat opravdu velmi široký datový základ, i proto je algoritmus tak přesný,“ dodala jedna z výzkumnic Susanna Moslehová. Věří, že se výsledků chopí programátoři chytrých zařízení a celý proces ještě zjednoduší. Třeba by se nemusel odehrávat v procesoru routeru, ale kupříkladu v dedikované aplikaci pro chytrý telefon.
Naučí se to každý (router)
Hlavní výhodou je, že lze využít v podstatě každý router – stačí mít patřičnou verzi firmwaru. Čistě teoreticky by se tak mohla významně usnadnit péče v nemocnicích v případě krize a stejně tak by se daly v klidu domova odhalovat a včas zachycovat dýchací poruchy.
Vezměme kupříkladu spánkovou apnoe. K jejímu potvrzení se zatím používají spánkové laboratoře – tedy v podstatě spaní pod dozorem. Jiný, pohodlnější a přesnější, způsob neexistuje. Ano, existují nejrůznější chytré prsteny či hodinky měřící okysličení krve ve spánku, ale stále nejsou dostatečně přesné. Případně lze nechat vedle postele telefon, na němž běží aplikace analyzující zvuky, jež při spánku člověk vydává. Koho by napadlo řadit router mezi chytrá zdravotnická zařízení?
No a teď si představte, jak takový algoritmus promluví do oblasti zabezpečení prostor…
