無線運(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)無線信號的世界里，在我們身邊流淌，從我們的身體中蹦出來。麻省理工學(xué)院的研究人員正在利用這些信號反射為科學(xué)家和護(hù)理人員提供有關(guān)人們行為和健康的寶貴見解。

該系統(tǒng)稱為Marko，將低功率射頻(RF)信號發(fā)送到環(huán)境中。如果信號從移動(dòng)的人體反彈，信號將返回系統(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)境的見解。

在本周在計(jì)算系統(tǒng)人類因素會議上發(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)分僅基于無線個(gè)人能力的信號，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)過患者家屬和護(hù)理人員的許可，研究人員對患有癡呆癥的患者進(jìn)行了監(jiān)測，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，這表明Marko可以提供一種新的被動(dòng)方式來跟蹤家中患者的功能健康狀況。

“這些是我們通過數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)的有趣內(nèi)容，”第一作者Chen-Yu Hsu博士說。計(jì)算機(jī)科學(xué)與人工智能實(shí)驗(yàn)室(CSAIL)的學(xué)生。“我們生活在無線信號的海洋中，我們移動(dòng)和走動(dòng)的方式改變了這些反射。我們開發(fā)了聽取這些反射的系統(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會發(fā)射射頻信號。當(dāng)信號反彈時(shí)，它會創(chuàng)建一種切割成垂直和水平“框架”的熱圖，指示人們在三維空間中的位置。人們在地圖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通過某些個(gè)體分離的反射。對于它感知到的每個(gè)人，系統(tǒng)會創(chuàng)建兩個(gè)“過濾面具”，這是個(gè)人周圍的小圓圈。這些掩?；旧蠟V除了圓圈外的所有信號，這些信號在移動(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)記反射的無線電信號及其各自的身份。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)，加速度會逐步振蕩，但當(dāng)它們停止時(shí)會變?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)識標(biāo)記該軌跡。在這樣做時(shí)，Marko了解哪些反射信號與特定身份相關(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來被動(dòng)監(jiān)測，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)前使用的問卷和日記，以捕獲他們的研究對象的家庭動(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，并且不適合長期研究，人們可能不得不回憶他們幾天或幾周前所做的事情。一些研究人員已開始為人們配備可穿戴傳感器，以監(jiān)測運(yùn)動(dòng)和生物識別。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。

為什么不安裝相機(jī)?對于初學(xué)者來說，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：“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。使用無線電信號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)于從周圍無線電信號推斷呼吸和心率的工作結(jié)合起來。然后Marko將用于將這些生物識別與相應(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。“關(guān)于通過攝像頭進(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，甚至是醫(yī)院護(hù)理方面。“

“然而，作為一個(gè)社區(qū)，我們需要意識到這種技術(shù)帶來的隱私風(fēng)險(xiǎn)，”Mascolo補(bǔ)充道。她說，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。