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

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

- 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.