Фотоплетизмография без датчиков. Как камера оценивает показатели здоровья

Умные часы и фитнес-браслеты давно умеют измерять пульс. Для этого на внутренней стороне корпуса расположены светодиоды и оптические датчики: они направляют свет на кожу и фиксируют, как меняется его отражение при наполнении сосудов кровью. В основе этой функции лежит фотоплетизмография — неинвазивный оптический метод + регистрации изменений кровенаполнения мелких сосудов.

Сегодня технология сделала следующий шаг. Физиологические показатели можно оценивать бесконтактно, без датчика, закреплённого на теле. Достаточно камеры смартфона, компьютера или другого устройства. Такой метод называется дистанционной фотоплетизмографией, или rPPG. Вместе с врачом-терапевтом медицинской компании СберЗдоровье Алексеем Абызовым разбираемся, что это за технология, как работает и помогает следить за здоровьем.

Как камера замечает пульс

При каждом сокращении сердца меняется объем крови в сосудах. Вместе с ним немного меняется количество света, которое кожа поглощает и отражает. Человеческий глаз этих колебаний не различает, но камера фиксирует едва заметные изменения оттенка кожи на последовательных кадрах. Алгоритм обрабатывает видео и выделяет из него сигнал, связанный с пульсовой волной.

Во время измерения технология анализирует большое количество факторов одновременно. Она учитывает естественные движения человека, мимику, особенности освещения и другие изменения изображения, чтобы выделить физиологический сигнал и повысить точность оценки. Именно развитие компьютерного зрения и методов машинного обучения позволило сделать дистанционную фотоплетизмографию быстрой и доступной для применения на обычных устройствах. Для получения наиболее точного результата во время измерения важно сохранять неподвижность и следовать инструкциям на экране.

Что можно оценить

Первоначально дистанционную фотоплетизмографию развивали прежде всего для определения частоты сердечных сокращений. Сегодня по видеосигналу также оценивают частоту дыхания и вариабельность сердечного ритма — изменение интервалов между последовательными ударами сердца. Этот показатель дает дополнительную информацию о том, как организм адаптируется к физической и эмоциональной нагрузке. Исследования rPPG охватывают и другие параметры сердечно-сосудистой системы, однако точность разных показателей неодинакова и зависит от используемого алгоритма.

В некоторых сервисах модели сопоставляют особенности пульсовой волны с большим массивом ранее собранных данных и формируют предварительную оценку давления, уровня стресса, утомления и отдельных метаболических показателей. Результаты следует воспринимать именно как скрининг: они могут обратить внимание на возможные риски, но не равнозначны измерению медицинским прибором или лабораторному анализу. По мере развития алгоритмов такие технологии выходят за пределы лабораторий и постепенно становятся частью повседневной жизни.

Где фотоплетизмография используется сегодня

Контактная фотоплетизмография уже стала привычной частью носимых устройств и пульсоксиметров. Дистанционный вариант развивается в телемедицине, мобильных сервисах и системах удаленного наблюдения, поскольку позволяет получить базовые данные без дополнительных датчиков — с помощью камеры и программного обеспечения.

По мере развития технологии она становится доступнее и в общественных пространствах, где пройти экспресс-оценку можно без покупки специального оборудования.

Один из примеров — сервис экспресс-оценки здоровья в инновационных банкоматах Сбера. Пользователю достаточно приложить пальцы к датчикам и посмотреть в камеру. Примерно через 30 секунд система формирует предварительную оценку 14 показателей, среди которых пульс, давление, вариабельность сердечного ритма, жесткость артериальной стенки, уровни стресса и утомления. Результаты объясняются простыми словами и передаются в приложение медицинской компании СберЗдоровье, где их можно обсудить с врачом или при необходимости записаться на более подробный чекап.

Такой сценарий показывает, как технологии наблюдения за здоровьем постепенно встраиваются в повседневную жизнь: предварительную оценку показателей организма можно получить между привычными делами.

Что важно помнить

На основе одной только фотоплетизмографии нельзя поставить диагноз. Главная польза экспресс-оценки — возможность заметить показатели здоровья, которые раньше могли остаться без внимания. После этого результаты должен интерпретировать врач: при необходимости он назначит лабораторные анализы или инструментальные исследования. Поэтому развитие фотоплетизмографии не заменяет классическую диагностику, а дополняет её — позволяет быстро и удобно провести предварительную оценку здоровья и в первую очередь обратить внимание на те показатели, которые выходят за пределы нормы.