Коронавирус Covid-19

Российские ученые разработали приложение, выявляющее COVID-19 по звуку кашля

Технологии анализа акустики, которые использовали для диагностики работы ракетных двигателей и атомных установок, теперь применяют для борьбы с пандемией
Российские ученые разработали мобильное приложение, которое по звуку кашля может определить, больны ли вы коронавирусом или нет.

Российские ученые разработали мобильное приложение, которое по звуку кашля может определить, больны ли вы коронавирусом или нет.

Фото: Shutterstock

Пандемия в самом разгаре, но выяснить больны ли вы модной болезнью не так-то просто. Нужно вызвать врача, сдать тесты и несколько дней ждать результатов, отдавая себе отчет, что по статистике ПЦР-тесты врут в 40 процентах случаев. А тем времени, российские ученые разработали мобильное приложение, которое за несколько секунд способно по звуку кашля с точностью 97 процентов определить больны ли вы коронавирусом или нет. Мы поговорили с Дмитрием Михайловым, руководителем группы разработки, кандидатом технических наук, доцентом Физического института имени Лебедева РАН.

Первые записи прислали из Китая

- Дмитрий Михайлович, можете популярно объяснить, как это работает?

- Сначала звук преобразуется в картинку - спектрограмму. Это делается с помощью преобразований Фурье и вейвлет-анализа, это достаточно сложные математические операции. В принципе звук на входе может быть любой, а главное чтобы микрофон имел достаточно хорошее качество. Наши современные смартфоны позволяют это делать. После того, как получена картинка, программное обеспечение делает две вещи. Первый шаг: она выделяет на картинке характерные области, например выдох при кашле, так называемый кашлевой толчок. После того, как специальные алгоритмы находят такие кусочки спектрограммы, начинается второй шаг: в дело вступает искусственный интеллект. Он сравнивает эти нарезанные фрагменты с теми, что уже есть в базе данных. На сегодня у нас, например, собрано 29 тысяч образцов кашля. У коронавирусных больных достаточно характерный кашель - надсадный, сухой, с короткими толчками и тяжелым вдохом. Сопоставляя фрагменты спектрограммы с образцами, искусственный интеллект идентифицирует коронавирусный кашель.

- А где вы раздобыли 29 тысяч записей кашля?

- Мы занимаемся этим уже год. Первые образцы мы получили из Китая еще в ноябре 2019 года, когда инфекция только-только набирала силу и по академической линии нам сообщили, что у больных есть характерный кашель. С января 2020 года мы начали собирать записи в России и странах СНГ - Казахстане, Узбекистане и Белоруссии.

- Как это делалось?

- Мы выдавали специальное записывающее оборудование врачам, которые ходили в “красные зоны”. В России с нами активно работали семь госпиталей, в основном это Москва и Самара, где очень сильная школа пульмонологии. Здорово помогали медицинские университеты, которые на пике первой волны были переоборудованы под ковидные стационары. И большой пласт качественных данных к нам пришел из Казахстана.

Коронавирусный кашель и Большой взрыв считали на одном суперкомпьютере

- Кашель и Физический институт - на первый взгляд вещи не связаны между собой.

- Вы напрасно так думаете. Если проанализировать, кто сегодня успешно занимается тематикой кашля, то это четыре крупных научно-исследовательских центра с сильной математической школой. Это наш Физический институт Лебедева, американский MIT - Массачусетский технологический институт, швейцарская EPFL - Политехническая школа Лозанны и Оксфорд. Почему так происходит? Дело в том, что сам анализ звука по спектрограммам с серьезными математическими преобразованиями это удел действительно больших НИИ, коммерческим фирмам такое не под силу. Для понимания: у нас на территории института стоит суперкомпьютер, на котором считают и более сложные вещи, например атомные реакции. В MIT действует еще более крутой суперкомпьютер, и я уже не говорю о щвейцарцах, которые пользуются вычислительной базой ЦЕРН, где считался Большой взрыв (тот самый, который дал начало существованию нашей Вселенной - ред). Поэтому школа анализа акустики требует очень серьезной математической подготовки. Честно говоря, термин искусственный интеллект здесь звучит в основном для красного словца, это своего рода дань моде. И когда эту тему подхватило большое количество компаний и стали говорить, что они сейчас обучат нейросети анализировать кашель - это спекуляции.

Разработчики приложения заявляют, что собрали почти 30 тысяч звуковых записей кашля. Фото: acoustery.com

Разработчики приложения заявляют, что собрали почти 30 тысяч звуковых записей кашля. Фото: acoustery.com

- Правильно ли я понимаю, что изучение кашля для вас - это побочный вид деятельности?

- Мы занимаемся анализом акустики последние 50 лет. Например, в космической отрасли или в атомной промышленности без этого не обойтись. Приведу простой пример, представьте, что у вас есть сложный агрегат - ракетный двигатель или турбина атомной электростанции - и надо понять, когда может наступить поломка. Разобрать и посмотреть внутри невозможно, можно только послушать. Вот по изменению акустического фона мы можем сказать, что какой-то элемент выйдет из строя. Это называется предсказательная диагностика. Мы ничего с нуля не писали, просто взяли платформу, которую успешно и давно использовали для промышленности, и применили к кашлю. Поэтому мы быстро получили результат и до сих пор к нашей точности никто не может даже приблизиться.

- С какой точностью вы ставите диагноз?

- Сегодня это 97 процентов. То есть если нам дать 100 коронавирусных кашлей, то 97 из них система определит безошибочно.

В аэропортах кашлять нельзя, в каршеринге - можно

- Где вашу технологию можно эффективно использовать помимо индивидуального тестирования?

- Это сложный вопрос потому что, сначала нам нужно заключение Росздравнадзора о том, что у нас достаточная точность диагностики - мы этот документ сейчас должны получить. А потом надо будет оформить разрешение Роспотребнадзора, он скажет, в каких местах это можно применять. Дело в том, что кашлять можно не везде. Вот мы рассчитывали использовать нашу технологию в аэропортах, но, по всей вероятности, эта тема точно не пройдет. Девушка на стойке регистрации не может сказать пассажиру: “Покашляйте, пожалуйста!”. Это будет незаконным. Все, что она может сделать, это пригласить пассажира в медпункт, где в специально оборудованном месте, отгороженном от остального помещения, он может покашлять. Здесь надо понимать что кашляют обычно супер-распространители - инфицированные люди, которые активно выделяют вирус и всех заражают. Поэтому кашлять в общественных местах нежелательно, а заставлять кого-то это делать - тем более.

Вероятно, технологию можно использовать в каршеринге. Например, система услышит, что у водителя коронавирусный кашель и даст сигнал, что автомобиль необходимо отправить на дезинфекцию, чтобы инфекция не распространялась следующим клиентам.

- А что говорят врачи?

- Врачам это очень нужно по нескольким причинам. Самое банальное это консультация между медиками. В области пульмонологии это было практически невозможно до нашей разработки, потому что высылать друг другу аудио кашля крайне сложно и неудобно. А сейчас мы добились прекрасных телемедицинских консультаций, например, между Москвой и Нурсултаном. Врачи обмениваются нашими спекторграммками, обводят карандашом непонятный кусочек и по нему идет консультация. Это сейчас очень востребовано и уже используется. А второе, это повседневная клиническая практика, врачу перед приемом хорошо бы понять, не болен ли пациент COVID-19. Если кашель коронавирусный, то пациенту надо посоветовать сдать ПЦР-тест. А если нет, то пациента можно принять без риска заражения. А еще по изменениям спектрограмм очень удобно следить за тем, как проходит домашнее лечение или реабилитация после ковида.

- Это приложение где-то можно сейчас скачать?

- Пока мы можем предоставить его только в тестовом режиме. Пока приложение не сертифицировано, его нельзя выложить в Apple Store или в Google Play. Это законодательно запрещено, и IT-корпорации за этим строго следят. Ждем, когда будут оформлены разрешительные документы.