Hlas, dych či obyčajný kašeľ v sebe skrývajú obrovské množstvo informácií. Nielen emócie alebo únavu, ale aj vážne zdravotné problémy. Práve na rozvoji tejto myšlienky vznikol technologický projekt VoiceMed, ktorý pomocou analýzy hlasu a respiračných zvukov dokáže sledovať a vyhodnocovať ochorenia pľúc, ako je napríklad chronická obštrukčná choroba pľúc. V rozhovore so spoluzakladateľom projektu a technologickým šéfom, Fulviom Cordellom, sme sa rozprávali o tom, ako technológia funguje, aký má potenciál a prečo môže zmeniť spôsob akým sa dnes monitoruje zdravie. Projekt VoiceMed získal tretie miesto v kategórii „Inovačný tím roka“ v súťaži EIT Innovation Awards, ktorá sa každoročne koná v Budapešti a oceňuje najlepšie európske startupy.
Ako vznikla myšlienka diagnostiky ochorení prostredníctvom dychu a kašľa?
Technológie založené na analýze hlasu v zdravotníctve nie sú vôbec nové. Vedecká komunita má už roky k dispozícii množstvo výskumov, štúdií a teoretických materiálov, s ktorými sa dá pracovať. Problém bol v tom, že k nim chýbal reálny, funkčný produkt.
Ak si spomenieme na obdobie pandémie COVID-19, ľudia hľadali rýchly spôsob, ako zistiť, či sú infekční a napríklad či môžu navštíviť starých rodičov. Predstavte si, že by stačilo zakašľať pred mikrofón smartfónu a na základe analýzy kašľa by ste dostali výsledok. V tom čase by takáto technológia znela úplne futuristicky.
Existovali však štúdie, napríklad z MIT v Bostone, ktoré priniesli veľmi sľubné predbežné výsledky. To pritiahlo investorov, veľa financií a záujem o škálovateľné zdravotnícke technológie budúcnosti. Všetci ale stavili na to, že pandémia bude trvať veľmi dlho a že ľudia budú zavretí doma. To sa našťastie nenaplnilo.
Napriek tomu vzniklo viacero startupov, napríklad v Spojených štátoch, Iráne či v Európe. Náš projekt VoiceMed vznikol počas pandémie a prežil vďaka tomu, že sa dokázal preorientovať z ochorenia COVID-19 na širšie spektrum respiračných ochorení.
Dôležité je spomenúť aj našu riaditeľku, Ariannu Arienzo. Jej rodičia sú pneumológovia, takže spojenie respiračnej medicíny, klinickej praxe a technológií bolo pre náš tím veľmi prirodzené. Toto prostredie ju formovalo od začiatku a viedlo k tomu, čo dnes VoiceMed predstavuje.
Foto: EIT
Takže od začiatku ste mali pocit, že hlas a kašeľ musia obsahovať zdravotne relevantné informácie?
Presne tak. Myšlienka bola jednoduchá. Ak lekár dokáže z dychu, kašľa alebo hlasu získať informácie pomocou stetoskopu, musí existovať spôsob, ako tieto informácie zachytiť digitálne, spracovať ich a analyzovať.
Na trhu dnes existuje viacero podobných riešení. V čom je váš produkt iný?
Jedným z hlavných rozdielov je cieľová skupina a zameranie. V Spojených štátoch existuje veľa riešení, ktoré analyzujú hlas najmä z psychologického alebo behaviorálneho hľadiska. Iné sa zameriavajú na respiračné ochorenia, ale len málo z nich sleduje chronickú obštrukčnú chorobu pľúc.
Ide o veľmi vážne ochorenie, ktoré má viacero štádií a progresívny charakter. Pacienti sa po diagnostikovaní už neuzdravia, ich stav sa postupne zhoršuje. Ak však dokážu monitorovať svoj zdravotný vývoj, môžu predvídať zhoršenia, vyhnúť sa akútnym hospitalizáciám a zlepšiť kvalitu života.
Zároveň existuje veľký dopyt po certifikovaných zdravotníckych riešeniach zo strany kliník a nemocníc. My máme za sebou klinické štúdie s približne 1 600 pacientmi, čo je v medicínskom výskume veľmi silná validačná vzorka. Väčšina štúdií pracuje s desiatkami či stovkami pacientov.
Prečo je taká veľká vzorka pacientov dôležitá?
Pretože validácia je kľúčová. Na trhu nájdete veľa štúdií, ktoré tvrdia, že majú vysokú presnosť, ale bez dostatočne veľkej vzorky. Je to podobné ako pri vývoji vakcín proti COVID-19. Tie boli výnimočné práve tým, že sa testovali na obrovskom počte dobrovoľníkov, čo umožnilo spoľahlivo určiť ich účinnosť. My sme schopní ukázať výhody aj limity našej technológie štatisticky významným spôsobom, pretože pracujeme s veľkým množstvom dát.
Používate existujúce medicínske databázy alebo ste si museli vytvoriť vlastné?
Všetky dáta sme zbierali od začiatku sami. A to je jedna z najťažších vecí pri podobných startupoch. Ak chcete mať nad dátami plnú kontrolu a flexibilitu, musíte ich vlastniť. A to stojí veľa peňazí. Pacienti sú samozrejme primárnymi vlastníkmi svojich dát, ale my ich môžeme používať, pretože sme ich zber financovali. Dáta teda vznikli od nuly a sú jedinečné.
Je to veľmi úzko špecializovaný produkt, alebo má potenciál širšieho využitia?
Potenciál škálovania je obrovský. Nositeľné zariadenia sledujú zdravie, ale nemá ich každý a často sú drahé. Naopak, každý má smartfón s mikrofónom. Všetci produkujeme zvuky, od dychu, reči, až po kašeľ. A práve ony obsahujú klinicky relevantné informácie.
Technológia umožňuje dlhodobé sledovanie zdravotného stavu aj jednorazový skríning. Môže ísť o personalizovanú medicínu, kde sledujete vlastnú základnú líniu a odchýlky od nej, alebo o rýchle vyhodnotenie rizika ochorenia. Okrem respiračných ochorení existujú štúdie aj o neurodegeneratívnych chorobách. Moja diplomová práca sa napríklad venovala Parkinsonovej chorobe a hlasovým biomarkerom.
Ako presne choroba mení hlas?
Predstavte si flautu. Ak do nej vložíte cudzí materiál, zvuk sa zmení. Hlasový a dýchací aparát funguje podobne. Ak máte zápal, hlien, svalové napätie alebo iné patologické zmeny, zvuk sa mení. To platí pri astme, obštrukčnej poruche či rakovine pľúc alebo pri cystickej fibróze. Problémom je, že každé ochorenie vyžaduje vlastnú klinickú štúdiu a validáciu.
Ako riešite rozdiely medzi zariadeniami, napríklad rôzne typy smartfónov?
Variabilita zariadení je naozaj veľkou premennou. Smartfóny majú pomerne podobné mikrofóny, no problém nastáva pri inteligentných reproduktoroch, ktoré silno spracúvajú zvuk. Pre nás je to šum. Preto máme veľmi prísnu kontrolu kvality nahrávok. Klinický stav pacienta sa vždy overuje objektívnym vyšetrením alebo lekárskou diagnózou. Dotazníky slúžia len na kontextualizáciu dát, napríklad podľa veku alebo pohlavia.
Ako celý proces funguje z pohľadu používateľa?
Je to podobné ako nahrávanie hlasovej správy. Používateľ otvorí aplikáciu, vykoná jednoduché úlohy, ako sú hlboké nádychy, výdychy, vyslovovanie samohlások či kašeľ. Algoritmus okamžite vyhodnocuje kvalitu nahrávky a v prípade potreby požiada o opakovanie.
Ak je kvalita dostatočná, dáta sa spracujú, vyčistia a porovnajú s klinicky označenými záznamami. Výsledkom je odhad rizika ochorenia, zdravotný trend alebo odchýlka od osobného normálu.
Používali ste umelú inteligenciu od začiatku?
Áno, bola to prvá voľba. Najväčším problémom nie je rozlíšiť zdravého a chorého človeka, ale odstrániť rušivé faktory ako je suchý vzduch, únava, vek a iné ochorenia. S tým dokáže zatiaľ pomôcť iba umelá inteligencia.
Kedy projekt vznikol?
VoiceMed vznikol v roku 2020.
Ako ste sa dostali do tímu Vy osobne?
V čase pandémie som bol študentom a dokončoval som diplomovú prácu. Zakladatelia sa spoznali na hackathonoch a chceli vytvoriť niečo zmysluplné. O projekte som sa dozvedel cez akademické kontakty, poslal som životopis a postupne som sa stal spoluzakladateľom.
Zažili ste počas vývoja slepé uličky?
Áno. Pôvodné zameranie na COVID-19 sa ukázalo ako neudržateľné, pretože výkonnosť technológií bola nadhodnotená. Dokázali sme to rozpoznať včas a preorientovať sa na respiračné ochorenia, astmu a napokon obštrukčnú poruchu pľúc.
