Звуки инфекции: нейросеть определила коронавирус по кашлю

Определять COVID-19 по звуку кашля научили нейросеть ученые из США. Алгоритм справляется даже с бессимптомными случаями. Исследователи рассчитывают создать на основе своей разработки приложение, которое можно будет использовать для первичной диагностики коронавируса.

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.

«Эффективное применение этой программы как группового диагностического инструмента может уменьшить распространение пандемии, если все будут использовать его перед тем, как отправиться в школу, на фабрику или в ресторан, – говорит Брайан Субирана, один из авторов работы.

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.