無(wú)線運(yùn)動(dòng)跟蹤系統(tǒng)可以收集健康和行為數(shù)據(jù)

我們生活在一個(gè)無(wú)線信號(hào)的世界里，在我們身邊流淌，從我們的身體中蹦出來(lái)。麻省理工學(xué)院的研究人員正在利用這些信號(hào)反射為科學(xué)家和護(hù)理人員提供有關(guān)人們行為和健康的寶貴見(jiàn)解。

該系統(tǒng)稱為Marko，將低功率射頻(RF)信號(hào)發(fā)送到環(huán)境中。如果信號(hào)從移動(dòng)的人體反彈，信號(hào)將返回系統(tǒng)并進(jìn)行某些更改。然后，新算法分析這些改變的反射并將它們與特定個(gè)體相關(guān)聯(lián)。

然后，系統(tǒng)跟蹤每個(gè)人圍繞數(shù)字平面圖的移動(dòng)。將這些運(yùn)動(dòng)模式與其他數(shù)據(jù)相匹配可以提供關(guān)于人們?nèi)绾伪舜私换ズ铜h(huán)境的見(jiàn)解。

在本周在計(jì)算系統(tǒng)人類(lèi)因素會(huì)議上發(fā)表的一篇論文中，研究人員在六個(gè)地點(diǎn)描述了該系統(tǒng)及其實(shí)際使用情況：兩個(gè)輔助生活設(shè)施，三個(gè)公寓居住的公寓和一個(gè)有四個(gè)居民的聯(lián)排別墅。該案例展示了系統(tǒng)的區(qū)分僅基于無(wú)線個(gè)人能力的信號(hào)，并透露了一些有用的行為模式。

在一個(gè)輔助生活設(shè)施中，經(jīng)過(guò)患者家屬和護(hù)理人員的許可，研究人員對(duì)患有癡呆癥的患者進(jìn)行了監(jiān)測(cè)，這些患者經(jīng)常因?yàn)椴幻髟蚨鵁┰瓴话?。一個(gè)多月后，他們測(cè)量了患者在其單位區(qū)域之間增加的起搏 - 一個(gè)已知的激動(dòng)跡象。通過(guò)將增加的起搏與訪客日志相匹配，他們確定患者在家人探訪后的幾天內(nèi)更加激動(dòng)。研究人員說(shuō)，這表明Marko可以提供一種新的被動(dòng)方式來(lái)跟蹤家中患者的功能健康狀況。

“這些是我們通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的有趣內(nèi)容，”第一作者Chen-Yu Hsu博士說(shuō)。計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的學(xué)生。“我們生活在無(wú)線信號(hào)的海洋中，我們移動(dòng)和走動(dòng)的方式改變了這些反射。我們開(kāi)發(fā)了聽(tīng)取這些反射的系統(tǒng)......以更好地了解人們的行為和健康狀況。”

該研究由Dina Katabi，安德魯和Erna Viterbi電氣工程和計(jì)算機(jī)科學(xué)教授以及麻省理工學(xué)院無(wú)線網(wǎng)絡(luò)和移動(dòng)計(jì)算中心

當(dāng)部署在家中時(shí)，Marko會(huì)發(fā)射射頻信號(hào)。當(dāng)信號(hào)反彈時(shí)，它會(huì)創(chuàng)建一種切割成垂直和水平“框架”的熱圖，指示人們?cè)谌S空間中的位置。人們?cè)诘貓D上顯示為明亮的斑點(diǎn)。垂直框架捕獲人的高度和構(gòu)建，而水平框架確定其一般位置。當(dāng)個(gè)人走路時(shí)，系統(tǒng)分析RF幀 - 大約每秒30幀 - 以產(chǎn)生稱為軌跡的短軌跡。

甲卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)通常用于圖像-a機(jī)器學(xué)習(xí)模型處理-使用這些tracklets通過(guò)某些個(gè)體分離的反射。對(duì)于它感知到的每個(gè)人，系統(tǒng)會(huì)創(chuàng)建兩個(gè)“過(guò)濾面具”，這是個(gè)人周?chē)男A圈。這些掩?；旧蠟V除了圓圈外的所有信號(hào)，這些信號(hào)在移動(dòng)時(shí)鎖定個(gè)體的軌跡和高度。結(jié)合所有這些信息 - 高度，構(gòu)建和移動(dòng) - 網(wǎng)絡(luò)將特定的RF反射與特定個(gè)體相關(guān)聯(lián)。

但是要將身份標(biāo)記為那些匿名blob，系統(tǒng)必須首先進(jìn)行“訓(xùn)練”。幾天后，個(gè)人佩戴低功率的加速計(jì)傳感器，這些傳感器可用于標(biāo)記反射的無(wú)線電信號(hào)及其各自的身份。在培訓(xùn)中部署時(shí)，Marko首先生成用戶的tracklet，就像在實(shí)踐中一樣。然后，算法將某些加速度特征與運(yùn)動(dòng)特征相關(guān)聯(lián)。例如，當(dāng)用戶走路時(shí)，加速度會(huì)逐步振蕩，但當(dāng)它們停止時(shí)會(huì)變?yōu)楸馄骄€。該算法找到加速度數(shù)據(jù)和軌跡之間的最佳匹配，并用該用戶的標(biāo)識(shí)標(biāo)記該軌跡。在這樣做時(shí)，Marko了解哪些反射信號(hào)與特定身份相關(guān)。

傳感器永遠(yuǎn)不需要充電，并且在訓(xùn)練之后，個(gè)人不需要再次佩戴它們。在家庭部署中，Marko能夠在新家中標(biāo)記個(gè)人身份，準(zhǔn)確率在85%到95%之間。

研究人員希望醫(yī)療機(jī)構(gòu)能夠使用Marko來(lái)被動(dòng)監(jiān)測(cè)，例如患者如何與家人和護(hù)理人員互動(dòng)，以及患者是否按時(shí)接受藥物治療。例如，在輔助生活設(shè)施中，研究人員注意到護(hù)士會(huì)走到病房的藥柜然后到病人床上的特定時(shí)間。這表明護(hù)士在那些特定時(shí)間給了患者的藥物。

該系統(tǒng)還可以替代心理學(xué)家或行為科學(xué)家當(dāng)前使用的問(wèn)卷和日記，以捕獲他們的研究對(duì)象的家庭動(dòng)態(tài)，每日時(shí)間表或睡眠模式以及其他行為的數(shù)據(jù)。那些傳統(tǒng)的記錄方法可能不準(zhǔn)確，包含偏見(jiàn)，并且不適合長(zhǎng)期研究，人們可能不得不回憶他們幾天或幾周前所做的事情。一些研究人員已開(kāi)始為人們配備可穿戴傳感器，以監(jiān)測(cè)運(yùn)動(dòng)和生物識(shí)別。但是老年患者尤其經(jīng)常忘記佩戴或充電。“這里的動(dòng)機(jī)是為研究人員設(shè)計(jì)更好的工具，”Hsu說(shuō)。

為什么不安裝相機(jī)?對(duì)于初學(xué)者來(lái)說(shuō)，這需要有人觀看并手動(dòng)記錄所有必要的信息。另一方面，Marko會(huì)自動(dòng)將行為模式(如運(yùn)動(dòng)，睡眠和交互)標(biāo)記到特定區(qū)域，日期和時(shí)間。

此外，視頻只是更具侵略性，Hsu補(bǔ)充說(shuō)：“大多數(shù)人都不習(xí)慣一直拍攝，特別是在他們自己的家中。使用無(wú)線電信號(hào)完成所有這些工作在獲得一定程度的幫助之間取得了很好的平衡。信息，但不會(huì)讓人感到不舒服。“

Katabi和她的學(xué)生還計(jì)劃將Marko與他們之前關(guān)于從周?chē)鸁o(wú)線電信號(hào)推斷呼吸和心率的工作結(jié)合起來(lái)。然后Marko將用于將這些生物識(shí)別與相應(yīng)的個(gè)體相關(guān)聯(lián)。它還可以跟蹤人們的步行速度，這是老年患者功能健康的良好指標(biāo)。

“這里潛力巨大，”劍橋大學(xué)計(jì)算機(jī)科學(xué)與技術(shù)系移動(dòng)系統(tǒng)教授Cecilia Mascolo說(shuō)。“關(guān)于通過(guò)攝像頭進(jìn)行成像，它提供了一種數(shù)據(jù)量較少且目標(biāo)更明確的信息收集模式，從用戶隱私的角度來(lái)看，這是非常受歡迎的。但是，收集的數(shù)據(jù)仍然非常豐富，論文評(píng)估顯示準(zhǔn)確性這可以實(shí)現(xiàn)許多非常有用的應(yīng)用，例如在老年人護(hù)理，醫(yī)療依從性監(jiān)測(cè)，甚至是醫(yī)院護(hù)理方面。“

“然而，作為一個(gè)社區(qū)，我們需要意識(shí)到這種技術(shù)帶來(lái)的隱私風(fēng)險(xiǎn)，”Mascolo補(bǔ)充道。她說(shuō)，應(yīng)該考慮某些計(jì)算技術(shù)，以確保數(shù)據(jù)保持私密性。