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JP7670483B2 - Continuous monitoring of user health using mobile devices - Google Patents

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JP7670483B2
JP7670483B2 JP2020519383A JP2020519383A JP7670483B2 JP 7670483 B2 JP7670483 B2 JP 7670483B2 JP 2020519383 A JP2020519383 A JP 2020519383A JP 2020519383 A JP2020519383 A JP 2020519383A JP 7670483 B2 JP7670483 B2 JP 7670483B2
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アライヴコア・インコーポレーテッド
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Description

本発明は、モバイルデバイスを用いたユーザの健康の連続的監視に関する。 The present invention relates to continuous monitoring of a user's health using a mobile device.

個人の生理的健康の指標(「健康指標(health indicator)」)--たとえば、限定はしないが、心拍数、心拍変動、血圧、およびECG(心電図)はいくつかの例である--健康指標を測定するために収集されるデータから離散時点において測定または計算できる。多くの場合において、特定の時刻における健康指標の値、または経時的な変化は、個人の健康の状態に関する情報をもたらす。たとえば、心筋虚血を明らかに示す低もしくは高心拍数または血圧、またはECGは、即時介入の必要性を明示し得る。しかし、読み取り値、一連の読み取り値、またはこれらの指標の読み取り値の経時的変化は、注意を要するときにユーザによってまたは医療従事者によってすら、認識されない情報をもたらし得る。 Indicators of an individual's physiological health ("health indicators")--for example, but not limited to, heart rate, heart rate variability, blood pressure, and ECG (electrocardiogram) are some examples--can be measured or calculated at discrete times from data collected to measure the health indicator. In many cases, the value of a health indicator at a particular time, or changes over time, provide information about the state of an individual's health. For example, a low or high heart rate or blood pressure clearly indicative of myocardial ischemia, or an ECG, may indicate the need for immediate intervention. However, a reading, a series of readings, or changes in the readings of these indicators over time may provide information that is not recognized by the user or even by medical personnel when attention is needed.

たとえば、不整脈は連続的に生じることもあれば、断続的に生じることもある。連続的に生じる不整脈は、個人の心電図から最も確実に診断され得る。連続的不整脈は常に存在しているので、ECG分析は、不整脈を診断するために任意の時点において適用されてよい。ECGは、また、断続的不整脈を診断するためにも使用され得る。しかしながら、断続的不整脈は無症候性であり得、および/または定義により断続的であるので、診断には、個人が不整脈を経験しているときに診断技術を適用するという問題点がある。したがって、断続的な不整脈の実際の診断は困難なことで悪名高い。この特定の困難は無症候性不整脈と複合しており、これは米国における不整脈の40%近くを占める。Boriani G.およびPettorelli D.、「Atrial Fibrillation Burden and Atrial Fibrillation type: Clinical Significance and Impact on the Risk of Stroke and Decision Making for Long-term Anticoagulation」、Vascul Pharmacol.、83:26-35(2016年8月)、26頁。 For example, arrhythmias may occur continuously or intermittently. Continuous arrhythmias may be most reliably diagnosed from an individual's electrocardiogram. Since continuous arrhythmias are always present, ECG analysis may be applied at any time to diagnose the arrhythmia. ECG may also be used to diagnose intermittent arrhythmias. However, since intermittent arrhythmias may be asymptomatic and/or are by definition intermittent, diagnosis presents the challenge of applying diagnostic techniques when an individual is experiencing the arrhythmia. Thus, the actual diagnosis of intermittent arrhythmias is notoriously difficult. This particular difficulty is compounded with asymptomatic arrhythmias, which account for nearly 40% of arrhythmias in the United States. Boriani G. and Pettorelli D., "Atrial Fibrillation Burden and Atrial Fibrillation type: Clinical Significance and Impact on the Risk of Stroke and Decision Making for Long-term Anticoagulation," Vascul Pharmacol., 83:26-35 (August 2016), p. 26.

健康指標を頻繁に、または連続的に監視し、記録することを可能にするセンサおよびモバイル電子機器技術が存在している。しかしながら、これらのセンサプラットフォームの能力は、これらが生成するデータを解釈するために従来の医療科学の能力を超えることはしばしばである。心拍数のような、健康指標パラメータの生理学的意義は、特定の医療文脈においてのみ明確であることが多く、たとえば、心拍数は、従来から、健康指標に影響を及ぼし得る他のデータ/情報から文脈を外れた単一のスカラー値として評価されている。60~100毎分拍動数(BPM)の範囲内の安静時心拍数は、正常と考えてよい。ユーザは、一般的に、1日に1回または2回、手動で安静時心拍数を測定するものとしてよい。 Sensor and mobile electronics technologies exist that allow health indicators to be monitored and recorded frequently or continuously. However, the capabilities of these sensor platforms often exceed the ability of traditional medical science to interpret the data they generate. The physiological meaning of health indicator parameters, such as heart rate, is often only clear in a specific medical context; for example, heart rate is traditionally evaluated as a single scalar value out of context from other data/information that may affect the health indicator. A resting heart rate in the range of 60-100 beats per minute (BPM) may be considered normal. A user may typically measure resting heart rate manually once or twice a day.

モバイルセンサプラットフォーム(たとえば、モバイル血圧計カフ(mobile blood pressure cuff)、モバイル心拍数モニタ(mobile heart rate monitor)、モバイルECGデバイス(mobile ECG device))は、連続的に健康指標(たとえば、心拍数)を監視すること、たとえば、限定することなく、活動レベル、体位、および気温、気圧、配置などのような環境パラメータなどの、ユーザに関する他のデータも同時に取得しながら、1秒おきにまたは5秒おきに測定値を生成することができるものとしてよい。24時間以内に、これは結果として、独立した健康指標測定を数千回も行うことになり得る。1日に1回または2回の測定とは対照的に、「通常の」一連の数千回の測定がどのように見えるかに関するデータまたは医学的コンセンサスは比較的少ない。 Mobile sensor platforms (e.g., mobile blood pressure cuffs, mobile heart rate monitors, mobile ECG devices) may be capable of continuously monitoring health indicators (e.g., heart rate), generating measurements every second or every five seconds, while simultaneously acquiring other data about the user, such as, without limitation, activity level, body position, and environmental parameters such as temperature, pressure, position, etc. Over a 24-hour period, this can result in thousands of independent health indicator measurements. There is relatively little data or medical consensus on what a "normal" series of thousands of measurements looks like, as opposed to one or two measurements per day.

米国特許第9,420,956号U.S. Patent No. 9,420,956 米国特許第9,572,499号U.S. Patent No. 9,572,499 米国特許第9,351,654号U.S. Patent No. 9,351,654 米国特許第9,247,911号U.S. Patent No. 9,247,911 米国特許第9,254,095号U.S. Patent No. 9,254,095 米国特許第8,509,882号U.S. Patent No. 8,509,882 米国特許出願公開第2015/0018660号US Patent Application Publication No. 2015/0018660 米国特許出願公開第2015/0297134号US Patent Application Publication No. 2015/0297134 米国特許出願公開第2015/0320328号US Patent Application Publication No. 2015/0320328

Boriani G.およびPettorelli D.、「Atrial Fibrillation Burden and Atrial Fibrillation type: Clinical Significance and Impact on the Risk of Stroke and Decision Making for Long-term Anticoagulation」、Vascul Pharmacol.、83:26-35(2016年8月)、26頁Boriani G. and Pettorelli D., "Atrial Fibrillation Burden and Atrial Fibrillation type: Clinical Significance and Impact on the Risk of Stroke and Decision Making for Long-term Anticoagulation," Vascul Pharmacol., 83:26-35 (August 2016), p. 26

ユーザ/患者の健康指標を連続的に測定するために現在使用されているデバイスは、かさばる侵襲的で扱いにくいデバイスから、単純なウェアラブルまたはハンドヘルドモバイルデバイスまである。現在、これらのデバイスは、人の健康を連続的に監視するためにデータを効果的に利用する能力を提供していない。ユーザの健康ステータスを決定するためにこれらの健康指標に影響を及ぼし得る他の要因を考慮に入れて健康指標を評価することはユーザまたは医療従事者に任されている。 The devices currently used to continuously measure a user/patient's health indicators range from bulky, invasive and cumbersome devices to simple wearable or handheld mobile devices. Currently, these devices do not offer the ability to effectively utilize the data to continuously monitor a person's health. It is left to the user or a healthcare professional to evaluate the health indicators taking into account other factors that may affect these health indicators to determine the user's health status.

本明細書において説明されるいくつかの特徴は、付属の請求項において詳細に述べられる。開示されている実施形態の特徴および利点は、本明細書において説明される原理が利用されている、例示的な実施形態について述べている次の詳細な説明と、添付図面を参照することによってよりよく理解される。 Some features described herein are set forth with particularity in the appended claims. The features and advantages of the disclosed embodiments will be better understood by reference to the following detailed description that sets forth illustrative embodiments, in which the principles described herein are utilized, and the accompanying drawings, in which:

本明細書において説明されるいくつかの実施形態により使用され得る畳み込みニューラルネットワークを示す図である。FIG. 1 illustrates a convolutional neural network that may be used by some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態により使用され得る畳み込みニューラルネットワークを示す図である。FIG. 1 illustrates a convolutional neural network that may be used by some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態により使用され得るリカレントニューラルネットワークを示す図である。FIG. 1 illustrates a recurrent neural network that may be used by some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態により使用され得るリカレントニューラルネットワークを示す図である。FIG. 1 illustrates a recurrent neural network that may be used by some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態により使用され得る他のリカレントニューラルネットワークを示す図である。FIG. 1 illustrates another recurrent neural network that may be used with some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態の適用を実証するための仮説的データプロットである。1 is a hypothetical data plot to demonstrate the application of some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態の適用を実証するための仮説的データプロットである。1 is a hypothetical data plot to demonstrate the application of some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態の適用を実証するための仮説的データプロットである。1 is a hypothetical data plot to demonstrate the application of some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による他のリカレントニューラルネットワークおよびこれらの実施形態のうちのいくつかを説明するために使用される仮説的プロットを示す図である。FIG. 1 illustrates another recurrent neural network according to some embodiments described herein and hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による他のリカレントニューラルネットワークおよびこれらの実施形態のうちのいくつかを説明するために使用される仮説的プロットを示す図である。FIG. 1 illustrates another recurrent neural network according to some embodiments described herein and hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による他のリカレントニューラルネットワークおよびこれらの実施形態のうちのいくつかを説明するために使用される仮説的プロットを示す図である。FIG. 1 illustrates another recurrent neural network according to some embodiments described herein and hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による他のリカレントニューラルネットワークおよびこれらの実施形態のうちのいくつかを説明するために使用される仮説的プロットを示す図である。FIG. 1 illustrates another recurrent neural network according to some embodiments described herein and hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による他のリカレントニューラルネットワークおよびこれらの実施形態のうちのいくつかを説明するために使用される仮説的プロットを示す図である。FIG. 1 illustrates another recurrent neural network according to some embodiments described herein and hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態によるアンロールドリカレントニューラルネットワーク(unrolled recurrent neural network)を示す図である。FIG. 1 illustrates an unrolled recurrent neural network according to some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態によるシステムおよびデバイスを示す図である。FIG. 1 illustrates a system and device according to some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態によるシステムおよびデバイスを示す図である。FIG. 1 illustrates a system and device according to some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による方法を示す図である。FIG. 1 illustrates a method according to some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による方法および1つまたは複数の実施形態を実証するために時間に対する心拍数の仮説的プロットを示す図である。FIG. 1 shows a hypothetical plot of heart rate versus time to demonstrate one or more embodiments and methods according to certain embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による方法および1つまたは複数の実施形態を実証するために時間に対する心拍数の仮説的プロットを示す図である。FIG. 1 shows a hypothetical plot of heart rate versus time to demonstrate one or more embodiments and methods according to certain embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態による方法を示す図である。FIG. 1 illustrates a method according to some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態の適用を実証するための仮説的データプロットである。1 is a hypothetical data plot to demonstrate the application of some embodiments described herein. 本明細書において説明されるいくつかの実施形態によるシステムおよびデバイスを示す図である。FIG. 1 illustrates a system and device according to some embodiments described herein.

大量のデータ、健康指標と他の要因との間の相互作用の複雑さ、および制限された臨床的ガイダンスは、従来の医療行為に基づく特定の規則を通じて連続的なおよび/または自由行動下でのセンサデータにおける異常値を検出することを試みる監視システムの有効性を制限し得る。本明細書において説明される実施形態は、予測機械学習モデルを利用し、健康指標データの時間系列単独からの教師なし方式で、または他の要因(本明細書において定義される)データと組み合わせて、異常を検出することができるデバイス、システム、方法、およびプラットフォームを含む。 Large volumes of data, the complexity of interactions between health indicators and other factors, and limited clinical guidance may limit the effectiveness of monitoring systems that attempt to detect anomalies in continuous and/or ambulatory sensor data through specific rules based on traditional medical practice. The embodiments described herein include devices, systems, methods, and platforms that utilize predictive machine learning models and can detect anomalies in an unsupervised manner from time series of health indicator data alone or in combination with other factor (as defined herein) data.

心房細動(AFまたはAfib)は、一般集団の1~2%において見られ、AFの存在は、脳卒中および心不全などの疾病率および有害転帰のリスクを高める。Boriani G.およびPettorelli D.、「Atrial Fibrillation Burden and Atrial Fibrillation type: Clinical Significance and Impact on the Risk of Stroke and Decision Making for Long-term Anticoagulation」、Vascul Pharmacol.、83:26-35(2016年8月)、26頁。多くの人々におけるAFibは、一部はAF患者の40%程度と高く推定されているが、無症候性であることがあり、これらの無症候性患者は、脳卒中および心不全に対して、症状のある患者と類似のリスク因子を有する。同文献参照。しかしながら、症状のある患者は、血液の抗凝結薬または他の薬剤を飲むなどの能動的な対処を行い、有害転帰のリスクを減らすことができる。埋め込み型電気的デバイス(CIED)の使用により、無症候性AF(いわゆる無症状AFまたはSAF)および患者がAFを起こしている持続時間を検出することができる。同文献参照。この情報から、これらの患者がAFに費やしている時間、すなわちAF負担が決定され得る。同文献参照。5~6分を超える、特に1時間を超えるAF負担は、脳卒中および他の健康有害転帰のリスクの著しい増大に関連付けられる。同文献参照。したがって、無症候性患者のAF負担を測定することができれば、早期の介入治療を行うことができ、AFに関連付けられている健康有害転帰のリスクを減らし得る。同文献参照。SAFの検出は難しく、典型的にはある種の形態の連続監視を必要とする。現在のところAFに対する連続監視は、かさばる、ときには侵襲的な、高価なデバイスを必要とし、そのような監視は、医療専門家による高水準の監督および精査を必要とする。 Atrial fibrillation (AF or Afib) is present in 1-2% of the general population, and the presence of AF increases the risk of morbidity and adverse outcomes, such as stroke and heart failure. Boriani G. and Pettorelli D., "Atrial Fibrillation Burden and Atrial Fibrillation type: Clinical Significance and Impact on the Risk of Stroke and Decision Making for Long-term Anticoagulation," Vascul Pharmacol., 83:26-35 (August 2016), p. 26. Many people with AFib, some of which are estimated to be as high as 40% of AF patients, may be asymptomatic, and these asymptomatic patients have similar risk factors for stroke and heart failure as symptomatic patients. Id. However, symptomatic patients can take active measures, such as taking blood thinners or other medications, to reduce the risk of adverse outcomes. With the use of implantable electronic devices (CIEDs), it is possible to detect asymptomatic AF (so-called subclinical AF or SAF) and the duration for which a patient is experiencing AF. Id. From this information, the amount of time these patients are spending in AF, i.e., AF burden, can be determined. Id. AF burdens of more than 5-6 minutes, and especially more than 1 hour, are associated with significantly increased risk of stroke and other adverse health outcomes. Id. Thus, being able to measure the AF burden in asymptomatic patients could allow for early interventional treatments to reduce the risk of adverse health outcomes associated with AF. Id. Detecting SAF is difficult and typically requires some form of continuous monitoring. Currently, continuous monitoring for AF requires bulky, sometimes invasive, expensive devices, and such monitoring requires a high level of oversight and scrutiny by medical professionals.

たとえば、多くのデバイスが、健康指標データの測定または計算を行うためにデータを連続的に取得するが、限定はしないが、他にもあるがとりわけ、FitBit(登録商標)、Apple Watch(登録商標)、Polar(登録商標)、スマートフォン、タブレットは、ウェアラブルおよび/またはモバイルデバイスのクラスに含まれるものである。他のデバイスは、ユーザ/患者に付けるまたは体内に入れる永久的または半永久的デバイス(たとえば、ホルター)を含み、また他のデバイスは、カート上にあることで移動可能であり得る病院内のより大型のデバイスを含み得る。しかし、ディスプレイ上で定期的に観察すること、または単純なデータ閾値を確立すること以外にこの測定データを用いて行われることはほとんどない。データの観察は、訓練を受けた医療専門家によるものであっても、正常であるように見えることは頻繁にありえ、1つの主要な例外はユーザが容易に識別可能な急性症状を有するときである。医療専門家が健康指標を連続的に監視してより重大な何かを示し得る異常値および/またはトレンドをデータ中に見つけることは途方もなく困難であり、実用上不可能である。 For example, many devices continuously acquire data to measure or calculate health metric data, including but not limited to FitBit®, Apple Watch®, Polar®, smartphones, and tablets, among others, in the class of wearable and/or mobile devices. Other devices include permanent or semi-permanent devices (e.g., Holter) that are placed on or placed inside the user/patient, and other devices may include larger devices in hospitals that may be mobile by being on carts. However, little is done with this measurement data beyond periodic observations on a display or establishing simple data thresholds. Observations of the data, even by trained medical professionals, can frequently appear normal, with one major exception being when the user has an easily identifiable acute symptom. It is prohibitively difficult and practically impossible for medical professionals to continuously monitor health metrics to find outliers and/or trends in the data that may indicate something more significant.

本明細書において用いるとき、プラットフォームは、ローカルにおいて、またはクラウドおよびインターネットを含む分散ネットワークを通じて、のいずれかで、互いにインタラクティブにやり取りするように構成されている1つまたは複数のカスタマイズされたソフトウェアアプリケーション(または「アプリケーション」)を備える。本明細書において説明されるプラットフォームのアプリケーションは、ユーザデータを収集し分析するように構成され、1つまたは複数のソフトウェアモデルを含み得る。プラットフォームのいくつかの実施形態において、プラットフォームは、1つまたは複数のハードウェアコンポーネント(たとえば、1つまたは複数の感知デバイス、またはマイクロプロセッサ)を備え得る。いくつかの実施形態において、プラットフォームは、1つもしくは複数のデバイスおよび/または1つもしくは複数のシステムと一緒に動作するように構成される。すなわち、本明細書において説明されるデバイスは、いくつかの実施形態では、内蔵プロセッサを使用してプラットフォームのアプリケーションを実行するように構成され、いくつかの実施形態において、プラットフォームは、プラットフォームの1つまたは複数のアプリケーションとインタラクティブにやり取りするか、または実行する1つまたは複数のコンピューティングデバイスを備えるシステムによって利用される。 As used herein, a platform comprises one or more customized software applications (or "applications") configured to interact with each other, either locally or through a distributed network, including the cloud and the Internet. The applications of the platform described herein are configured to collect and analyze user data and may include one or more software models. In some embodiments of the platform, the platform may comprise one or more hardware components (e.g., one or more sensing devices, or a microprocessor). In some embodiments, the platform is configured to operate with one or more devices and/or one or more systems. That is, the devices described herein are, in some embodiments, configured to execute the platform applications using an embedded processor, and in some embodiments, the platform is utilized by a system comprising one or more computing devices that interact with or execute one or more applications of the platform.

本開示では、たとえば、限定することなく、(i)類似の他の要因の影響を受ける個人のグループ、または(ii)類似の他の要因の影響を受けるユーザ自身のいずれかによって判断されるか、または比較されたときにユーザが正常な健康を有しているかどうかを判定するために健康指標に影響を及ぼし得る要因(本明細書において「他の要因」と称される)に関係する対応する(時間的に)データと組み合わせてユーザデバイスから1つまたは複数の健康指標に関係するユーザのデータ(たとえば、限定はしないが、PPG信号、心拍数、または血圧)を連続的に監視するためのシステム、方法、デバイス、ソフトウェア、およびプラットフォームを説明する。いくつかの実施形態において、測定された健康指標データは、単独でまたは他の要因データと組み合わせて、ユーザの測定された健康指標が健常範囲内にあると考えられる確率を決定し、そうでない場合にユーザにそのことを通知する、訓練された機械学習モデルに入力される。健常範囲内にないユーザは、ユーザに症状があり得るかまたは無症候性であり得る不整脈などの、診断を確認するために高忠実度情報を保証する健康事象を経験している可能性のある確率を高め得る。通知は、たとえば、ECGを取得することをユーザに要求する形態を取り得る。他の高忠実度測定、2つ例を挙げると、血圧、パルス酸素濃度計が要求され得るが、ECGは一例にすぎない。高忠実度測定、この実施形態ではECGは、通知または診断(本明細書では「診断」と総称され、医師のみが診断を行うことができることを認識する)を行うためにアルゴリズムおよび/または医療専門家によって評価され得る。ECGの例では、診断は、ECGを利用して診断されるAFibまたはよく知られている他の任意の数の病状であってよい。 This disclosure describes systems, methods, devices, software, and platforms for continuously monitoring a user's data (e.g., without limitation, PPG signal, heart rate, or blood pressure) related to one or more health indicators from a user device in combination with corresponding (in time) data related to factors (referred to herein as "other factors") that may affect the health indicators to determine whether the user has normal health when judged or compared, for example, without limitation, to either (i) a group of individuals affected by similar other factors, or (ii) the user himself/herself affected by similar other factors. In some embodiments, the measured health indicator data is input into a trained machine learning model that, alone or in combination with other factor data, determines the probability that the user's measured health indicator is considered to be within a healthy range and notifies the user of this if it is not. A user that is not within the healthy range may increase the probability that the user may be experiencing a health event that warrants high fidelity information to confirm a diagnosis, such as an arrhythmia that the user may be symptomatic or asymptomatic. The notification may take the form of, for example, requesting the user to obtain an ECG. Other high fidelity measurements may be required, blood pressure, pulse oximetry, to name two, ECG being just one example. The high fidelity measurement, in this embodiment the ECG, may be evaluated by an algorithm and/or a medical professional to provide an indication or diagnosis (collectively referred to herein as "diagnosis", recognizing that only a physician may provide a diagnosis). In the ECG example, the diagnosis may be AFib or any number of other well-known medical conditions diagnosed utilizing the ECG.

さらなる実施形態において、診断は、他の要因データ系列を含み得る、低忠実度データ系列(たとえば、心拍数またはPPG)をラベル付けするために使用される。この高忠実度診断でラベル付けされた低忠実度データ系列は、高忠実度機械学習モデルを訓練するために使用される。これらのさらなる実施形態において、高忠実度機械学習モデルの訓練は、教師なし学習によって訓練され得るか、または時々、新しい訓練例で更新され得る。いくつかの実施形態において、ユーザの測定された低忠実度健康指標データ系列、および任意選択で、他の要因の対応する(時間的に)データ系列が、訓練済み高忠実度機械学習モデルに入力され、これにより、高忠実度機械学習モデルがそれについて訓練された診断済み病状をユーザが経験しているか、または経験した確率および/または予測を決定する。この確率は、事象が始まるときおよびそれが終了するときの確率を含み得る。いくつかの実施形態は、たとえば、ユーザの心房細動(AF)負担、またはユーザが時間の経過とともにAFを経験する時間の長さを計算し得る。以前であれば、AF負担は、扱いにくく、高価なホルターまたは埋め込み型連続的ECG監視装置を使用してのみ決定することが可能であった。したがって、本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、ユーザの健康ステータスを連続的に監視し、ユーザが身につけているデバイスから単独で、または他の要因に対する対応するデータと組み合わせて取得された健康指標データ(たとえば、限定はしないが、PPGデータ、血圧データ、および心拍数データ)を連続的に監視することによって健康ステータスの変化をユーザに通知することができる。本明細書で用いられる「他の要因」は、健康指標に影響を及ぼし、および/または健康指標を表すデータ(たとえば、PPGデータ)に影響を及ぼし得る何らかのものを含む。これらの他の要因は、たとえば、限定はしないが、いくつか例を挙げると、気温、高度、運動レベル、体重、性別、食事、立っている状態、座っている状態、倒れている状態、伏せている状態、天気、およびBMIなどの様々な要因を含み得る。いくつかの実施形態において、高忠実度測定結果の取得をユーザにいつ通知するかを決定するために、機械学習モデルではなく、数学的または経験的モデルが使用されてよく、これはその後分析され、本明細書において説明されるように高忠実度機械学習モデルを訓練するために使用され得る。 In further embodiments, the diagnosis is used to label a low-fidelity data series (e.g., heart rate or PPG), which may include other factor data series. This low-fidelity data series labeled with the high-fidelity diagnosis is used to train a high-fidelity machine learning model. In these further embodiments, the high-fidelity machine learning model may be trained by unsupervised learning or may be updated with new training examples from time to time. In some embodiments, the user's measured low-fidelity health indicator data series, and optionally the corresponding (in time) data series of other factors, are input into a trained high-fidelity machine learning model, which determines a probability and/or prediction that the user is experiencing or has experienced the diagnosed medical condition for which the high-fidelity machine learning model was trained. This probability may include the probability of when the event will begin and when it will end. Some embodiments may, for example, calculate the user's atrial fibrillation (AF) burden, or the length of time the user will experience AF over time. Previously, AF burden could only be determined using cumbersome and expensive Holter or implantable continuous ECG monitoring devices. Thus, some embodiments described herein may continuously monitor a user's health status and notify the user of changes in health status by continuously monitoring health indicator data (e.g., but not limited to, PPG data, blood pressure data, and heart rate data) obtained from a device worn by the user, either alone or in combination with corresponding data for other factors. As used herein, "other factors" includes anything that may affect a health indicator and/or affect data representing a health indicator (e.g., PPG data). These other factors may include various factors such as, but not limited to, temperature, altitude, activity level, weight, sex, diet, standing, sitting, lying, lying, weather, and BMI, to name a few. In some embodiments, a mathematical or empirical model, rather than a machine learning model, may be used to determine when to notify the user of obtaining a high-fidelity measurement result, which may then be analyzed and used to train a high-fidelity machine learning model as described herein.

本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、教師なし方式でユーザの異常値を検出することを、健康指標データの一次時間系列を受け取ることと、任意選択で、健康指標データの一次時間系列と時間的に対応する、他の要因データの1つまたは複数の二次時間系列を受け取ることであって、この二次系列はセンサ、または外部データソース(たとえば、ネットワーク接続、コンピュータAPIなどを介して)に由来するものとしてよい、受け取ることと、一次および二次時間系列を、データに対してフィルタ処理、キャッシング、平均化、時間整列、バッファリング、アップサンプリング、およびダウンサンプリングのような動作を実行し得る、プリプロセッサに供給することと、データの時間系列を、未来の時点において一次系列の次の値を予測するために一次および二次時間系列の値を利用するように訓練され、および/または構成されている、機械学習モデルに供給することと、特定の時刻tに機械学習モデルによって生成された予測済み一次時間系列値を時刻tに一次時間系列の測定済み値と比較することと、予測された未来の時間系列と測定された時間系列との間の差が閾値または基準を超えた場合に対処することをユーザに警告するか、または促すこととによって行うことができる。 Some embodiments described herein may detect anomalies in a user in an unsupervised manner by receiving a primary time series of health indicator data, and optionally receiving one or more secondary time series of other factor data that correspond in time with the primary time series of health indicator data, which may originate from a sensor or an external data source (e.g., via a network connection, computer API, etc.), feeding the primary and secondary time series to a pre-processor that may perform operations on the data such as filtering, caching, averaging, time alignment, buffering, upsampling, and downsampling, feeding the time series of data to a machine learning model that is trained and/or configured to utilize values of the primary and secondary time series to predict the next value of the primary series at a future time, comparing the predicted primary time series value generated by the machine learning model at a particular time t with the measured value of the primary time series at time t, and alerting or prompting the user to take action if the difference between the predicted future time series and the measured time series exceeds a threshold or criterion.

したがって、本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、時間の経過に関するおよび/またはデータの観察された二次系列に応答する生理学的データの一次系列の観察された挙動がモデルを訓練するために使用される訓練例を与えられた場合に予想される内容といつ異なるかを検出する。訓練例が正常な個人から、または特定のユーザについてすでに正常と分類されているデータから集められたときに、システムは、異常性検出器として働くことができる。データが単純に他の分類なしで特定のユーザから取得された場合、システムは、変化検出器として働き、一次系列が測定している健康指標データの、訓練データがキャプチャされた時刻に対する変化を検出することができる。 Thus, some embodiments described herein detect when the observed behavior of a primary series of physiological data over time and/or in response to an observed secondary series of data differs from what would be expected given the training examples used to train the model. When the training examples are collected from normal individuals or from data that has already been classified as normal for a particular user, the system can act as an anomaly detector. When the data is simply obtained from a particular user without other classification, the system can act as a change detector and detect changes in the health indicator data that the primary series is measuring relative to the time the training data was captured.

本明細書において説明されるのは、訓練済み機械学習モデルを生成し、その訓練済み機械学習モデルを使用して、他の要因(二次系列)の影響下にあるユーザの測定済み健康指標データ(一次系列)が類似の他の要因の影響下にある健常集団(すなわち、大域的モデル)に対して正常の限度を外れているか、類似の他の要因の影響下にあるその特定のユーザ(すなわち、パーソナライズされたモデル)に対して正常の限度を外れているときの確率を予測するか、または決定するためのソフトウェアプラットフォーム、システム、デバイス、および方法であり、その場合にそのようなものの通知がユーザに送られる。いくつかの実施形態において、ユーザは、すでに取得されている低忠実度ユーザ健康指標データをラベル付けして、低忠実度健康指標データのみを使用して異常もしくは事象を予測するか、または診断する能力を有し、その場合にそのような異常は典型的には高忠実度データを使用して識別されるかまたは診断されるのみである、異なる訓練済み高忠実度機械学習モデルを生成するために使用できる追加の測定済み高忠実度データを取得するよう促され得る。 Described herein are software platforms, systems, devices, and methods for generating a trained machine learning model and using the trained machine learning model to predict or determine the probability when a user's measured health indicator data (primary series) under the influence of other factors (secondary series) is outside the limits of normal for a healthy population under the influence of similar other factors (i.e., a global model) or outside the limits of normal for that particular user under the influence of similar other factors (i.e., a personalized model), where a notification of such is sent to the user. In some embodiments, the user may be prompted to obtain additional measured high-fidelity data that can be used to generate a different trained high-fidelity machine learning model that has the ability to label the already acquired low-fidelity user health indicator data and predict or diagnose anomalies or events using only the low-fidelity health indicator data, where such anomalies would typically only be identified or diagnosed using high-fidelity data.

本明細書において説明されるいくつかの実施形態は、ユーザの健康指標データを入力することと、任意選択で、他の要因の対応する(時間的に)データを訓練済み機械学習モデルに入力することとを含むものとしてよく、訓練済み機械学習モデルは、未来の時間ステップにおけるユーザの健康指標データまたは健康指標データの確率分布を予測する。いくつかの実施形態における予測は、予測の時間ステップでユーザの測定済み健康指標データと比較され、その差の絶対値が閾値を超えた場合に、ユーザは、その健康指標データが正常範囲を外れていることを通知される。この通知は、いくつかの実施形態において、何かを行う、たとえば、限定はしないが、追加の測定を取得するか、または医療従事者に連絡する、診断または指示を含み得る。いくつかの実施形態において、人々の健常集団からの健康指標データおよび他の要因の対応する(時間的に)データは、機械学習モデルを訓練するために使用される。機械学習モデルを訓練するために使用される訓練例における他の要因は集団の平均でなくてもよく、むしろ、他の要因の各々に対するデータは訓練例における個人に対する健康指標データの収集と時間的に対応することは理解されるであろう。 Some embodiments described herein may include inputting a user's health indicator data and, optionally, inputting corresponding (in time) data of other factors into a trained machine learning model, which predicts the user's health indicator data or a probability distribution of health indicator data at future time steps. The prediction in some embodiments is compared to the user's measured health indicator data at the predicted time step, and if the absolute value of the difference exceeds a threshold, the user is notified that their health indicator data is outside of normal range. This notification, in some embodiments, may include a diagnosis or instructions to do something, such as, but not limited to, to obtain additional measurements or contact a medical professional. In some embodiments, the health indicator data and corresponding (in time) data of the other factors from a healthy population of people are used to train the machine learning model. It will be understood that the other factors in the training examples used to train the machine learning model may not be population averages, but rather, the data for each of the other factors corresponds in time to the collection of health indicator data for the individuals in the training examples.

いくつかの実施形態は、時間的な離散的データ点を受け取り、入力から未来の時刻における離散的データ点を予測し、次いで、未来の時刻における離散的な測定された入力と未来の時刻における予測された値との間の損失が閾値を超えたかどうかを判定することとして説明される。当業者であれば、入力データおよび出力予測が離散的データ点またはスカラー以外の形態を取り得ることは容易に理解するであろう。たとえば、限定はしないが、健康指標データ系列(本明細書では一次系列とも称される)および他のデータ系列(本明細書では二次系列とも称される)は時間のセグメントに分割され得る。当業者であれば、データがセグメント分割される方式が設計選択の問題であり、多くの異なる形態を取り得ることを認識するであろう。 Some embodiments are described as receiving discrete data points in time, predicting discrete data points at future times from the input, and then determining whether the loss between the discrete measured input at the future time and the predicted value at the future time exceeds a threshold. Those skilled in the art will readily appreciate that the input data and output predictions can take forms other than discrete data points or scalars. For example, and without limitation, health indicator data series (also referred to herein as primary series) and other data series (also referred to herein as secondary series) may be divided into segments in time. Those skilled in the art will recognize that the manner in which the data is segmented is a matter of design choice and can take many different forms.

いくつかの実施形態では、健康指標データ系列(本明細書では一次系列とも称される)および他のデータ系列(本明細書では二次系列とも称される)を2つのセグメント、すなわち、特定の時刻tより前のすべてのデータを表す、過去と、時刻tまたはそれ以降のすべてのデータを表す、未来とに区分化する。これらの実施形態では、過去の時間セグメントに対する健康指標データ系列およびその過去の時間セグメントに対するすべての他のデータ系列を、健康指標データの最もあり得そうな未来のセグメント(またはあり得そうな未来のセグメントの分布)を予測するように構成されている機械学習モデル内に入力する。あるいは、これらの実施形態では、過去の時間セグメントに対する健康指標データ系列、その過去の時間セグメントに対するすべての他のデータ系列、および未来のセグメントからの他のデータ系列を健康指標データの最もあり得そうな未来のセグメント(またはあり得そうな未来のセグメントの分布)を予測するように構成されている機械学習モデル内に入力する。健康指標データの予測された未来のセグメントは、未来のセグメントにおけるユーザの測定済み健康指標データと比較され、それにより、損失およびその損失が閾値を超えたかどうかを決定し、超えた場合に何らかの処置が講じられる。この対処は、たとえば、限定はしないが、追加のデータ(たとえば、ECGまたは血圧)を取得することをユーザに通知すること、医療専門家に連絡することをユーザに通知すること、または追加のデータの取得を自動的にトリガーすることを含み得る。追加のデータの自動取得は、たとえば、限定はしないが、ユーザ着用コンピューティングデバイスに動作可能に結合されている(有線または無線で)センサを介したECG取得、またはユーザの手首もしくは他の適切な身体部位の周りに付け、ユーザ着用コンピューティングデバイスに結合されているモバイルカフを介した血圧を含み得る。データのセグメントは、単一のデータ点、一定の時間期間にわたる多数のデータ点、その時間期間にわたるこれらのデータ点の、正確な平均を含み得る平均、中央値、または最頻値を含むものとしてよい。いくつかの実施形態において、セグメントは時間的に重なり合うものとしてよい。 In some embodiments, the health indicator data series (also referred to herein as the primary series) and other data series (also referred to herein as the secondary series) are partitioned into two segments: past, representing all data before a particular time t, and future, representing all data at or after time t. In these embodiments, the health indicator data series for the past time segment and all other data series for that past time segment are input into a machine learning model configured to predict the most likely future segment (or distribution of likely future segments) of health indicator data. Alternatively, in these embodiments, the health indicator data series for the past time segment, all other data series for that past time segment, and other data series from the future segment are input into a machine learning model configured to predict the most likely future segment (or distribution of likely future segments) of health indicator data. The predicted future segment of health indicator data is compared to the user's measured health indicator data in the future segment to determine the loss and whether the loss exceeds a threshold and, if so, some action is taken. This action may include, for example, but is not limited to, notifying the user to obtain additional data (e.g., ECG or blood pressure), notifying the user to contact a medical professional, or automatically triggering the acquisition of additional data. Automatic acquisition of additional data may include, for example, but is not limited to, ECG acquisition via a sensor (wired or wirelessly) operably coupled to the user-worn computing device, or blood pressure via a mobile cuff worn around the user's wrist or other suitable body part and coupled to the user-worn computing device. A segment of data may include a single data point, multiple data points over a period of time, an average, median, or mode, which may include an exact average, of these data points over the period of time. In some embodiments, the segments may overlap in time.

これらの実施形態では、データの対応する(時間的に)他の要因系列の影響を受けるような時間の経過に関するデータの健康指標系列の観察された挙動または測定が類似の他の要因の下で収集される訓練例から予想されたものといつ異なるかを検出する。訓練例が類似の他の要因の下で健常者から、または類似の他の要因の下で特定のユーザについて健康であるとして以前に分類されているデータから、収集された場合、これらの実施形態は、健常集団または特定のユーザからのそれぞれ異常検出器として働く。訓練例が他の分類なしで単純に特定のユーザから取得された場合、これらの実施形態は変化検出器として働き、訓練例が特定のユーザについて収集された時間に関して測定の時点の健康指標の変化を検出する。 These embodiments detect when the observed behavior or measurement of a health indicator series of data over time as affected by a corresponding (time-wise) series of other factors in the data differs from that expected from training examples collected under similar other factors. If the training examples were collected from healthy individuals under similar other factors, or from data that has previously been classified as healthy for a particular user under similar other factors, these embodiments act as anomaly detectors from a healthy population or a particular user, respectively. If the training examples were simply obtained from a particular user without other classification, these embodiments act as change detectors, detecting changes in the health indicator at the time of measurement with respect to the time the training examples were collected for the particular user.

本明細書において説明されるいくつかの実施形態では、機械学習を利用して、1つまたは複数の他の要因の影響の下にある人の健康指標を連続的に監視し、その人が類似の他の要因の影響の下で健康として分類された集団の観点から健康であるかどうかを評価する。当業者であれば、本明細書において説明される範囲を超えることなく多数の異なる機械学習はアルゴリズムまたはモデル(限定はしないが、ベイズ、マルコフ、ガウス過程、クラスタ化アルゴリズム、生成モデル、カーネルおよびニューラルネットワークアルゴリズム)が使用され得ることを容易に理解するであろう。当業者に理解されるように、典型的なニューラルネットワークは、たとえば、限定はしないが、受け取った入力に対する出力を予測するために非線形活性化関数の1つまたは複数の層を採用し、入力および出力層に加えて1つまたは複数の隠れ層を含み得る。これらのネットワークのうちのいくつかにおける各隠れ層の出力は、ネットワーク内の次の層への入力として使用される。ニューラルネットワークの例は、たとえば、限定することなく、生成ニューラルネットワーク、畳み込みニューラルネットワーク、およびリカレントニューラルネットワークを含む。 In some embodiments described herein, machine learning is utilized to continuously monitor a person's health indicators under the influence of one or more other factors and evaluate whether the person is healthy in terms of a population classified as healthy under the influence of similar other factors. Those skilled in the art will readily appreciate that numerous different machine learning algorithms or models (including but not limited to Bayesian, Markovian, Gaussian processes, clustering algorithms, generative models, kernel and neural network algorithms) may be used without going beyond the scope described herein. As will be appreciated by those skilled in the art, a typical neural network may employ, for example, but not be limited to, one or more layers of nonlinear activation functions to predict an output for a received input, and may include one or more hidden layers in addition to input and output layers. The output of each hidden layer in some of these networks is used as an input to the next layer in the network. Examples of neural networks include, for example, but not limited to, generative neural networks, convolutional neural networks, and recurrent neural networks.

健康監視システムのいくつかの実施形態では、個人の心拍数および活動データを低忠実度データ(たとえば、心拍もしくはPPGデータ)として監視し、高忠実度データ(たとえば、ECGデータ)を使用して通常は検出される病状(たとえば、AFib)を検出する。たとえば、個人の心拍数は、センサによって、連続的にまたは離散的間隔(5秒おきなど)で提供され得る。心拍数は、PPG、パルス酸素濃度測定法、または他のセンサに基づき決定され得る。いくつかの実施形態において、活動データは、実行されるステップの数、感知される移動の量、または活動レベルを示す他のデータ点として生成され得る。低忠実度(たとえば、心拍)データおよび活動データは、次いで、機械学習システムに入力され、それにより、高忠実度結果の予測を決定することができる。たとえば、機械学習システムは、低忠実度データを使用して、不整脈またはユーザの心臓健全性を示す他の指示を予測し得る。いくつかの実施形態において、機械学習システムは、データ入力のセグメントの入力を使用して予測を決定し得る。たとえば、1時間分の活動レベルデータおよび心拍数データが機械学習システムに入力されるものとしてよい。次いで、システムはこのデータを使用して、心房細動などの病状の予測を生成することができる。本発明の様々な実施形態は、さらに詳しく以下で説明される。 Some embodiments of the health monitoring system monitor an individual's heart rate and activity data as low fidelity data (e.g., heart rate or PPG data) to detect medical conditions (e.g., AFib) that are typically detected using high fidelity data (e.g., ECG data). For example, the individual's heart rate may be provided by a sensor continuously or at discrete intervals (e.g., every 5 seconds). The heart rate may be determined based on PPG, pulse oximetry, or other sensors. In some embodiments, activity data may be generated as the number of steps taken, the amount of movement sensed, or other data points indicative of activity levels. The low fidelity (e.g., heart rate) data and activity data may then be input into a machine learning system to determine a prediction of a high fidelity outcome. For example, the machine learning system may use the low fidelity data to predict arrhythmia or other indications of the user's cardiac health. In some embodiments, the machine learning system may use input of a segment of data input to determine a prediction. For example, an hour's worth of activity level data and heart rate data may be input into the machine learning system. The system may then use this data to generate a prediction of a medical condition such as atrial fibrillation. Various embodiments of the invention are described in further detail below.

図1Aを参照すると、訓練済みの畳み込みニューラルネットワーク(CNN)100(フィードフォワードネットワークの一例)は、入力データ102(たとえば、ボートの写真)を畳み込み層(隠れ層ともいう)103に入れ、一連の訓練済み重みまたはフィルタ104を畳み込み層103の各々の中の入力データ106に適用する。第1の畳み込み層の出力は活性化マップ(図示せず)であり、これは訓練済み重みまたはフィルタ(図示せず)が適用される第2の畳み込み層への入力であり、それに続く畳み込み層の出力は、第1の層への入力データのますます複雑になる特徴を表す活性化マップとなる。各畳み込み層の後に、問題に非線形性を導入するために非線形層(図示せず)が適用され、この非線形層はtanh、sigmoid、またはReLUを含み得る。いくつかの場合において、プーリング層(図示せず)が、ダウンサンプリング層とも称される非線形層の後に適用されてよく、これは基本的に同じ長さのフィルタおよびストライドを取り、それを入力に適用し、フィルタが周りに畳み込むすべての部分領域内に最大数を出力する。プーリングに対する他のオプションは、平均プーリングおよびL2ノルムプーリングである。プーリング層は、入力ボリュームの空間次元を縮小して、計算コストを低減し、過学習を制御する。ネットワークの最終層は、全結合層であり、これは最後の畳み込み層の出力を受け取り、予測されるべき量、たとえば、画像分類の確率、自動車20%、ボート75%、バス5%、自転車0%を表すn次元出力ベクトルを出力する、すなわち、結果として、予測出力106(O*)が得られ、たとえば、これはボートの画像である可能性が高い。出力は、ネットワークによって予測されるスカラー値データ点、たとえば、株価であってよい。訓練済み重み104は、以下でより詳しく説明されるように、畳み込み層103の各々について異なり得る。この現実世界の予測/検出(たとえば、それはボートである)を達成するために、ニューラルネットワークは、知られているデータ入力または訓練例上で訓練される必要があり、その結果訓練済みCNN100が得られる。CNN100を訓練するために多数の異なる訓練例(たとえば、ボートの多数の写真)がモデルに入力される。ニューラルネットワークの当業者であれば、上の説明が本発明の説明に対するある種の文脈
をもたらすCNNのいくぶん単純化された視点を与えることを完全に理解し、またCNNを単独で、または他のニューラルネットワークと組み合わせて適用することが等しく適用可能であり、本明細書で説明されるいくつかの実施形態の範囲内にあることを完全に理解するであろう。
Referring to FIG. 1A, a trained convolutional neural network (CNN) 100 (an example of a feedforward network) puts input data 102 (e.g., a photo of a boat) into convolutional layers (also called hidden layers) 103 and applies a set of trained weights or filters 104 to the input data 106 in each of the convolutional layers 103. The output of the first convolutional layer is an activation map (not shown), which is the input to a second convolutional layer where trained weights or filters (not shown) are applied, and the output of the subsequent convolutional layers is an activation map that represents increasingly complex features of the input data to the first layer. After each convolutional layer, a nonlinear layer (not shown) is applied to introduce nonlinearity to the problem, which may include tanh, sigmoid, or ReLU. In some cases, a pooling layer (not shown) may be applied after the nonlinear layer, also called a downsampling layer, which basically takes the same length filter and stride and applies it to the input and outputs the maximum number in all the subregions that the filter convolves around. Other options for pooling are average pooling and L2 norm pooling. The pooling layer reduces the spatial dimension of the input volume to reduce computational cost and control overfitting. The final layer of the network is a fully connected layer, which receives the output of the last convolutional layer and outputs an n-dimensional output vector representing the quantity to be predicted, e.g., the probability of the image classification: car 20%, boat 75%, bus 5%, bicycle 0%, i.e., resulting in a predicted output 106(O * ), e.g., this is likely to be an image of a boat. The output may be a scalar value data point predicted by the network, e.g., a stock price. The trained weights 104 may be different for each of the convolutional layers 103, as explained in more detail below. To achieve this real-world prediction/detection (e.g., it's a boat), the neural network needs to be trained on known data inputs or training examples, resulting in a trained CNN 100. To train the CNN 100, a large number of different training examples (e.g., many pictures of boats) are input to the model. Those skilled in the art of neural networks will fully appreciate that the above description provides a somewhat simplified view of CNNs that provides some context for the description of the present invention, and will also fully appreciate that the application of CNNs alone or in combination with other neural networks is equally applicable and within the scope of some of the embodiments described herein.

図1Bは、CNN108を訓練することを示している。図1Bにおいて、畳み込み層103は、個別の隠れ畳み込み層105、105'から畳み込み層105n-1までとして示されており、最終の第nの層は全結合層である。最後の層は、複数の全結合層であり得ることは理解されるであろう。訓練例111は、畳み込み層103に入力され、非線形活性化関数(図示せず)および重み110、110'から110nが訓練例111に順次適用され、隠れ層の出力は、次の層に入力され、というように、最終の第nの全結合層105nが出力114を生成するまで続く。出力または予測114は、訓練例111(たとえば、ボートの写真)と比較され、その結果、出力または予測114と訓練例111との間の差116が得られる。差または損失116が何らかのプリセットされた損失より小さい(たとえば、出力または予測114で物体がボートであると予測した)場合、CNNは収束し、訓練済みと考えられる。CNNが収束していない場合、誤差逆伝播法を使用して、予測が知られている入力にどれだけ近いかに従って重み110および110'から110nが更新される。当業者であれば、誤差逆伝播法以外の方法も重みを調整するために使用され得ることを理解するであろう。第2の訓練例(たとえば、ボートの異なる写真)が入力され、このプロセスは更新された重みで再び繰り返され、次いで、再び更新され、というように、第nの訓練例(たとえば、第nのボートの第nの写真)が入力されるまで続く。これは、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)が訓練済みになるか、または知られている入力に対する正しい出力に収束するまで同じn訓練例で何度も繰り返される。CNN108が訓練された後、重み110、110'から110nは固定され、訓練済みCNN100で使用されるが、これらは図1Aに示すように重み104である。説明されるように、各畳み込み層103および全結合層の各々について異なる重みがある。次いで、訓練済みCNN100またはモデルに画像データが送られ、それにより、上述のように、それが(たとえば、ボートを)予測/識別するように訓練されていると決定するか、または予測する。任意の訓練済みモデル、CNN、RNNなどは、さらに訓練されてよい、すなわち、重みの修正が許されるものとしてよく、そのために、追加の訓練例またはその後訓練例として使用されるモデルによって出力された予測済みデータを用いる。機械学習モデルは、「オフライン」で訓練される、たとえば、訓練済みモデルを使用/実行するプラットフォームとは別の計算プラットフォーム上で1回訓練され、その後、そのプラットフォームに転送されるものとしてよい。あるいは、本明細書において説明される実施形態は、新規に取得された訓練データに基づき機械学習モデルを定期的にもしくは継続的に更新し得る。この更新された訓練は、ネットワーク接続上で再訓練済みモデルを使用/実行するプラットフォームに更新された訓練済みモデルを送る別個の計算プラットフォーム上で行われ得るか、または訓練/再訓練/更新プロセスは、新しいデータが取得されるときにプラットフォームそれ自体で行われ得る。当業者であれば、CNNが固定配列内データ(たとえば、写真、文字、単語など)またはデータの時間系列に適用可能であることを理解するであろう。たとえば、順序付けられた健康指標データおよび他の要因データは、CNNを使用してモデル化できる。いくつかの実施形態では、フィードフォワード、CNNをスキップ接続およびガウス混合モデル出力とともに使用して、予測された健康指標、たとえば、心拍数、PPG、または不整脈に対する確率分布を決定する。 FIG. 1B illustrates training the CNN 108. In FIG. 1B, the convolutional layers 103 are shown as separate hidden convolutional layers 105, 105′ through convolutional layer 105 n−1 , with the final nth layer being a fully connected layer. It will be understood that the final layer may be multiple fully connected layers. Training examples 111 are input to the convolutional layer 103, nonlinear activation functions (not shown) and weights 110, 110′ through 110 n are applied to the training examples 111 in sequence, and the output of the hidden layer is input to the next layer, and so on, until the final nth fully connected layer 105 n produces an output 114. The output or prediction 114 is compared to the training examples 111 (e.g., photos of boats), resulting in a difference 116 between the output or prediction 114 and the training examples 111. If the difference or loss 116 is less than some preset loss (e.g., the output or prediction 114 predicted that the object was a boat), the CNN is considered converged and trained. If the CNN has not converged, backpropagation is used to update the weights 110 and 110' through 110 n according to how close the prediction is to the known input. Those skilled in the art will appreciate that methods other than backpropagation can be used to adjust the weights. A second training example (e.g., a different photo of a boat) is input, and the process is repeated again with the updated weights, then updated again, and so on, until the nth training example (e.g., the nth photo of the nth boat) is input. This is repeated over and over with the same n training examples until the convolutional neural network (CNN) is trained or converges to the correct output for the known input. After the CNN 108 is trained, the weights 110, 110' through 110 n are fixed and used in the trained CNN 100, which are the weights 104 as shown in FIG. 1A. As described, there are different weights for each of the convolutional layers 103 and the fully connected layers. Image data is then sent to the trained CNN 100 or model, which determines or predicts that it is trained to predict/identify (e.g., a boat) as described above. Any trained model, CNN, RNN, etc., may be further trained, i.e., weights may be allowed to be modified, using additional training examples or predicted data output by the model that is then used as training examples. Machine learning models may be trained "offline", e.g., trained once on a computing platform separate from the platform that uses/executes the trained model, and then transferred to that platform. Alternatively, the embodiments described herein may periodically or continuously update the machine learning model based on newly acquired training data. This updated training may be performed on a separate computing platform that sends the updated trained model over a network connection to the platform that uses/executes the retrained model, or the training/retraining/update process may be performed on the platform itself as new data is acquired. Those skilled in the art will appreciate that CNNs can be applied to fixed-array data (e.g., pictures, characters, words, etc.) or time series of data. For example, ordered health indicator data and other factor data can be modeled using CNNs. In some embodiments, feed-forward, CNNs are used with skip connections and Gaussian mixture model outputs to determine probability distributions for predicted health indicators, such as heart rate, PPG, or arrhythmia.

いくつかの実施形態では、他の種類および他の構成のニューラルネットワークを利用することができる。畳み込み層の数は、全結合層の数と同様に、加減することができる。一般に、畳み込み層対全結合層の最適な数および割合は、どの構成が所与のデータセット上で最良のパフォーマンスを発揮するかを決定することによって実験的に設定することができる。畳み込み層の数は0まで減らし、全結合ネットワークを残すことも可能である。畳み込みフィルタの数および各フィルタの幅も、加減することができる。 In some embodiments, other types and configurations of neural networks can be utilized. The number of convolutional layers can be increased or decreased, as can the number of fully connected layers. In general, the optimal number and ratio of convolutional to fully connected layers can be set empirically by determining which configuration performs best on a given dataset. It is also possible to reduce the number of convolutional layers to zero, leaving a fully connected network. The number of convolutional filters and the width of each filter can also be increased or decreased.

ニューラルネットワークの出力は、一次時間系列に対する正確な予測に対応する単一のスカラー値であり得る。あるいは、ニューラルネットワークの出力はロジスティック回帰であってもよく、各カテゴリは一次時間系列値の特定の範囲またはクラスに対応し、当業者であれば任意の数の他の出力があることを容易に理解する。 The output of the neural network can be a single scalar value corresponding to an accurate prediction for the primary time series. Alternatively, the output of the neural network can be a logistic regression, with each category corresponding to a particular range or class of primary time series values, and one of ordinary skill in the art will readily appreciate that there are any number of other outputs.

いくつかの実施形態におけるガウス混合モデル出力の使用は、ネットワークを形の良い確率分布を学習することに制約し、限られた訓練データに対する一般化を改善することを意図したものである。ガウス混合モデルでのいくつかの実施形態における複数の要素の使用は、モデルが多モード確率分布を学習することを可能にすることを意図したものである。異なるニューラルネットワークの結果を組み合わせるか、または集約する機械学習モデルも使用することが可能であり、その結果を組み合わせることもできる。 The use of Gaussian mixture model outputs in some embodiments is intended to constrain the network to learning well-shaped probability distributions and improve generalization to limited training data. The use of multiple elements in some embodiments of Gaussian mixture models is intended to allow the model to learn multi-modal probability distributions. Machine learning models that combine or aggregate the results of different neural networks can also be used, and the results can be combined.

順序付けられたデータをモデル化するための別のアプローチとして、その後の予測に適用するために、前の予測から更新可能なメモリまたは状態を有する機械学習モデルがある。特に、本明細書において説明されるいくつかの実施形態では再帰的なニューラルネットワークを利用する。図2Aの例を参照すると、訓練済みリカレントニューラルネットワーク(RNN)200の図が示されている。訓練済みRNN200は、更新可能な状態(S)202および訓練済み重み(W)204を有する。入力データ206は重み(W)204が適用される状態202に入力され、予測206(P*)が出力される。線形ニューラルネットワーク(たとえば、CNN100)とは対照的に、状態202は入力データに基づき更新され、それによって、順次、次のデータによる次の予測のための前の状態からのメモリとして働く。状態を更新することで、RNNは、円形またはループ特徴を備える。わかりやすく示すために、図2Bはアンロールされた訓練済みRNN200、および順序付けられたデータへのその適用可能性を示している。アンロールされると、RNNはCNNに類似しているように見えるが、アンロールされたRNNでは、見かけ上類似している層の各々は、状態が更新された単一の層として見え、ループの各反復において同じ重みが適用される。当業者であれば、単一の層はそれ自体が下位層を有し得るが、説明を分かりやすくするために、ここでは単一の層が示されていることを理解するであろう。時刻tにおける入力データ(It)208が時刻tにおける状態(St)210に入力され、時刻tにおけるセル(Ct)212において訓練済み重み204が適用される。Ct212の出力は、時間ステップt+1における予測 Another approach to model ordered data is a machine learning model that has a memory or state that can be updated from a previous prediction to apply to a subsequent prediction. In particular, some embodiments described herein utilize a recurrent neural network. Referring to the example of FIG. 2A, a diagram of a trained recurrent neural network (RNN) 200 is shown. The trained RNN 200 has an updatable state (S) 202 and trained weights (W) 204. Input data 206 is input to the state 202 where the weights (W) 204 are applied, and a prediction 206 (P * ) is output. In contrast to a linear neural network (e.g., CNN 100), the state 202 is updated based on the input data, thereby sequentially acting as a memory from a previous state for the next prediction with the next data. By updating the state, the RNN has a circular or looping characteristic. For clarity, FIG. 2B shows an unrolled trained RNN 200 and its applicability to ordered data. When unrolled, the RNN looks similar to a CNN, but in an unrolled RNN, each seemingly similar layer appears as a single layer with updated states and the same weights applied in each iteration of the loop. Those skilled in the art will appreciate that a single layer may itself have sublayers, but a single layer is shown here for ease of illustration. Input data (I t ) 208 at time t is input into state (S t ) 210 at time t, and trained weights 204 are applied in cell (C t ) 212 at time t. The output of C t 212 is the prediction at time step t+1.

Figure 0007670483000001
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214および更新された状態St+1216である。同様に、Ct+1220において、It+1218はSt+1216に入力され、同じ訓練済み重み204が適用され、Ct+1220の出力は 214 and the updated state S t+1 216. Similarly, in C t+1 220, I t+1 218 is input to S t+1 216 and the same trained weights 204 are applied, and the output of C t+1 220 is

Figure 0007670483000002
Figure 0007670483000002

222である。上で指摘されているように、St+1はStから更新され、それによって、St+1は前の時間ステップからのStからのメモリを有する。たとえば、限定はしないが、このメモリは、前の健康指標データまたは1つもしくは複数の前の時間ステップからの前の他の要因データを含み得る。このプロセスは、nステップの間続き、It+n224がSt+n226に入力され、同じ重み204が適用される。セルCt+nの出力は、予測 222. As noted above, S t+1 is updated from S t , such that S t+1 has memory from S t from the previous time step. For example, but not limited to, this memory may include previous health indicator data or previous other factor data from one or more previous time steps. This process continues for n steps, with I t+n 224 being input to S t+n 226 and the same weights 204 being applied. The output of cell C t+n is the prediction

Figure 0007670483000003
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である。特に、これらの状態は前の時間ステップから更新され、前の状態からのメモリの利点をRNNに与える。この特性は、RNNを、いくつかの実施形態に対する順序付けされたデータ上で予測を行う他の選択とする。しかし、上述したように、CNNを含む、順序付けされたデータ上でそのような予測を実行するための好適な他の機械学習技法が他にもある。 In particular, these states are updated from the previous time step, giving the RNN the benefit of memory from previous states. This property makes RNNs an alternative choice for making predictions on ordered data for some embodiments. However, as noted above, there are other machine learning techniques that are suitable for performing such predictions on ordered data, including CNNs.

RNNは、CNNと同様、データ列を入力として取り扱い、予測されたデータ列を出力することができる。RNNを使用するこの態様を説明する単純なやり方は、自然言語予測の例を使用することである。The sky is blueというフレーズを取りあげる。この単語列(すなわち、データ)は文脈を有する。したがって、状態が更新されると、データ列は、一方の反復から次の反復へと更新され、blueを予測する文脈を与える。ちょうど説明したように、RNNは、順序付けされたデータ上で予測を行うことを補助するためのメモリコンポーネントを有する。しかしながら、RNNの更新された状態におけるメモリは、どれくらい遠くまでルックバックできるかという点で制限され得、これは短期記憶に似ている。長期記憶に似た、より長いルックバックが望ましい順序付けされたデータを予測するとき、これを達成するために、ちょうど説明したばかりのRNNに対する微調整を用いてもよい。予測されるべき単語がすぐ前または周りにある単語から明らかでない文章もまた、説明する単純な例であり、すなわちMary speaks fluent Frenchとする。Frenchが正しい予測であることは、すぐ前にある単語からは明らかでなく、何らかの言語が正しい予測であるということだけであり、しかし、どの言語であろうか?正しい予測は、単一の単語列より大きいギャップで離れた単語の文脈内にありうる。長・短期記憶(LSTM)ネットワークは、これらの(より)長期の依存関係を学習することができる特別な種類のRNNである。 RNNs, like CNNs, can take a data string as input and output a predicted data string. A simple way to illustrate this aspect of using RNNs is to use the example of natural language prediction. Take the phrase The sky is blue. This word string (i.e., data) has a context. Thus, as the state is updated, the data string is updated from one iteration to the next, giving the context for predicting blue. As just described, RNNs have a memory component to aid in making predictions on ordered data. However, the memory in the updated state of the RNN may be limited in how far it can look back, which is similar to short-term memory. When predicting ordered data where a longer lookback, similar to long-term memory, is desired, a tweak to the RNN just described may be used to achieve this. A sentence where the word to be predicted is not obvious from the words immediately preceding or surrounding it is also a simple example to illustrate, i.e., Mary speaks fluent French. That French is a correct prediction is not clear from the words immediately preceding it, only that some language is a correct prediction, but which language? The correct prediction can be in the context of words separated by gaps larger than a single word string. Long short-term memory (LSTM) networks are a special kind of RNN that can learn these long-term(er) dependencies.

上述のように、RNNは、比較的単純な繰り返し構造を有し、たとえば、これらは、非線形活性化関数(たとえば、tanhまたはsigmoid)を持つ単一層を有し得る。LSTMは、同様に、鎖状構造を有するが、(たとえば)、1つではなく、4つのニューラルネットワーク層を有する。これらの追加のニューラルネットワーク層は、LSTMに、セルゲートと呼ばれる構造を使用することによって状態(S)に対して情報を削除したり加えたりする能力を付与する。同文献参照。図3は、LSTM RNNに対するセル300を示している。線302は、セル状態(S)を表し、情報ハイウェイとしてみなすことができ、情報がセル状態に沿って変化することなく流れることが比較的容易である。同文献参照。セルゲート304、306、および308は、どれだけの情報に状態を通ること、または情報ハイウェイに沿って移動することを許すかを決定する。セルゲート304は、まず、セル状態Stからどれだけの情報を取り除くかを決定する。これはいわゆる忘却ゲート層である。同文献参照。次に、セルゲート306および306'は、どの情報がセル状態に追加されるかを決定し、セルゲート308および308'は、セル状態から出力されるものを予測 As mentioned above, RNNs have a relatively simple repetitive structure, for example, they may have a single layer with a nonlinear activation function (e.g., tanh or sigmoid). LSTMs have a similar concatenated structure, but (for example) have four neural network layers instead of one. These additional neural network layers give LSTMs the ability to remove or add information to the state (S) by using a structure called a cell gate. See Id. FIG. 3 shows a cell 300 for an LSTM RNN. Line 302 represents the cell state (S) and can be thought of as an information highway, where it is relatively easy for information to flow along the cell state unchanged. See Id. Cell gates 304, 306, and 308 determine how much information is allowed to pass through the state or travel along the information highway. Cell gate 304 first determines how much information to remove from the cell state S t . This is the so-called forget gate layer. See Id. Cell gates 306 and 306' then determine what information is added to the cell state, and cell gates 308 and 308' predict what is output from the cell state.

Figure 0007670483000004
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として決定する。情報ハイウェイまたはセル状態は、次のセルでの使用のための今更新されたセル状態St+1である。LSTMは、RNNがより永続的なまたは(より)長期記憶を有することを可能にする。LSTMは、より単純なRNN構造に比べて、データがどのように順序付けられるかにもよるが、より長い空間または時間により入力データから離れている文脈を出力予測において考慮するという点でRNNベースの機械学習モデルをさらに有利にする。 The information highway or cell state is now the updated cell state S t+1 for use in the next cell. LSTMs allow RNNs to have more persistent or long-term memory. LSTMs give RNN-based machine learning models an additional advantage in that they take into account context in output predictions that are farther away from the input data in space or time, depending on how the data is ordered, compared to simpler RNN structures.

いくつかの実施形態において、RNNを利用することで、一次および二次時間系列は、各時間ステップでRNNにベクトルとして与えられ得ない。その代わりに、RNNは、予測間隔の範囲内で二次時間系列の未来の値または集約関数とともに、一次および二次時間系列の現在値のみを提供され得る。この方式で、RNNは、永続的な状態ベクトルを使用して、予測を行う際に使用するための前の値に関する情報を保持する。 In some embodiments, utilizing an RNN, the primary and secondary time series may not be presented as vectors to the RNN at each time step. Instead, the RNN may be provided only with the current values of the primary and secondary time series along with future values or aggregation functions of the secondary time series within the prediction interval. In this manner, the RNN uses a persistent state vector to hold information about previous values for use in making predictions.

機械学習は、モデルを訓練するために使用される訓練例に比べて、入力データ中の、大きいおよび小さい、異常またはトレンドを識別するための1つまたは複数の基準の連続的監視によく適している。したがって、本明細書において説明されるいくつかの実施形態では、ユーザの健康指標データおよび任意選択で他の要因データを訓練済み機械学習モデルに入力し、この機械学習モデルは次の時間ステップで健常者の健康指標データがどのように見えるかを予測し、その予測を未来の時間ステップにおいてユーザの測定された健康指標データと比較する。その差(たとえば、以下で説明される損失)の絶対値が閾値を超えた場合に、ユーザは、その健康指標データが正常または健常範囲内にないことを通知される。閾値は、設計者によって設定された数値であり、いくつかの実施形態では、ユーザによって変更されてもよく、ユーザ側で通知感度を調整できる。これらの実施形態の機械学習モデルは、健康指標データ単独で、または健常者の集団からの対応する(時間的に)他の要因データと組み合わせて訓練され得るか、またはモデルに対する設計上の必要条件に適合するように他の訓練例で訓練されてもよい。 Machine learning is well suited for continuous monitoring of one or more criteria to identify large and small, anomalies or trends in input data relative to the training examples used to train the model. Thus, in some embodiments described herein, a user's health index data and optionally other factor data are input into a trained machine learning model, which predicts what the health index data of a healthy individual will look like at the next time step and compares the prediction to the user's measured health index data at future time steps. If the absolute value of the difference (e.g., loss, described below) exceeds a threshold, the user is notified that the health index data is not within the normal or healthy range. The threshold is a number set by the designer and, in some embodiments, may be changed by the user, allowing the user to adjust the notification sensitivity. The machine learning models of these embodiments may be trained on the health index data alone or in combination with corresponding (time-wise) other factor data from a population of healthy individuals, or on other training examples to fit the design requirements for the model.

健康指標からのデータは、心拍数データのように、順序付けられたデータであり、より具体的には、時間的に順序付けられたデータである。心拍は、たとえば、限定はしないが、多数の異なるやり方、たとえば、胸帯からの電気信号を測定することで測定され得るか、またはPPG信号から導出されてよい。いくつかの実施形態は、デバイスから導出された心拍を受け取り、各データ点(たとえば、心拍数)は、おおよそ等しい間隔(たとえば、5s)で生成される。しかし、いくつかの場合において、また他の実施形態において、導出された心拍数は、おおよそ等しい時間ステップで提供されないが、それは、たとえば、導出に必要なデータに信頼性がないからである(たとえばPPG信号は、デバイスが移動したこと、または光害により、信頼性がない)。同じことが、モーションセンサまたは他の要因データを収集するために使用される他のセンサからデータの二次系列を取得することについても言える。 Data from health indicators, like heart rate data, is ordered data, and more specifically, is time ordered data. Heart rate may be measured in a number of different ways, for example, but not limited to, by measuring electrical signals from a chest cuff or derived from a PPG signal. Some embodiments receive a derived heart rate from a device, with each data point (e.g., heart rate) generated at approximately equal intervals (e.g., 5s). However, in some cases and in other embodiments, the derived heart rate is not provided at approximately equal time steps, for example, because the data required for the derivation is unreliable (e.g., PPG signals are unreliable due to the device being moved or light pollution). The same is true for obtaining secondary series of data from motion sensors or other sensors used to collect other factor data.

生の信号/データ(ECG、胸帯からの電気信号、またはPPG信号)それ自体は、いくつかの実施形態により使用することができるデータの時間系列である。分かりやすくするために、また限定はしないが、この説明ではPPGを使用して、健康指標を表すデータを参照する。当業者であれば、健康指標に対するデータ、生データ、生データもしくは波形から導出される波形もしくは数のいずれかの形態が、本明細書において説明されるいくつかの実施形態に従って使用され得ることは容易に理解されるであろう。 The raw signal/data (ECG, electrical signals from a chest girdle, or PPG signal) itself is a time series of data that may be used in accordance with some embodiments. For simplicity and without limitation, this description uses PPG to refer to data representative of a health indicator. Those skilled in the art will readily appreciate that any form of data, raw data, waveforms or numbers derived from the raw data or waveforms for a health indicator may be used in accordance with some embodiments described herein.

本明細書で説明される実施形態とともに使用され得る機械学習モデルは、たとえば、限定はしないが、ベイズ、マルコフ、ガウス過程、クラスタ化アルゴリズム、生成モデル、カーネル、およびニューラルネットワークアルゴリズムを含む。いくつかの実施形態では、訓練済みニューラルネットワークに基づく機械学習モデルを利用し、他の実施形態では、リカレントニューラルネットワークを利用し、追加の実施形態では、LSTM RNNを使用する。分かりやすくするために、限定はしないが、本明細書の説明のいくつかの実施形態を説明するためにリカレントニューラルネットワークが使用される。 Machine learning models that may be used with the embodiments described herein include, for example, but are not limited to, Bayesian, Markovian, Gaussian processes, clustering algorithms, generative models, kernels, and neural network algorithms. Some embodiments utilize machine learning models based on trained neural networks, other embodiments utilize recurrent neural networks, and additional embodiments use LSTM RNNs. For simplicity, but without limitation, recurrent neural networks are used to illustrate some embodiments of the description herein.

図4A~図4Cは、PPG(図4A)、実行されるステップ(図4B)、および気温(図4C)に対する時間に関する仮説的プロットを示している。PPGは、健康指標データの一例であり、ステップ、活動レベル、および気温は、健康指標データに影響を及ぼし得る他の要因に対する例示的な他の要因データである。当業者であれば理解するように、他のデータは、限定はしないが、加速度計データ、GPSデータ、体重計、ユーザ入力などを含む、多くの知られているソースのいずれかから取得されるものとしてよく、限定はしないが、気温、活動(ランニング、歩行、着座、サイクリング、落下、階段を登ること、ステップなど)、BMI、体重、身長、年齢などを含み得る。3つのすべてのプロットにわたって垂直に引かれている第1の点線は、訓練済み機械学習モデル(以下で説明される)に入力するためにユーザデータが取得される時刻tを表す。図4Aのハッシュプロット線は、予測された、またはあり得そうな出力データ402を表し、図4Aの実線404は、測定データを表す。図4Bは、様々な時刻におけるユーザのステップの数の仮説的プロットであり、図4Cは、様々な時刻における気温の仮説的プロットである。 4A-4C show hypothetical plots of PPG (FIG. 4A), steps taken (FIG. 4B), and temperature (FIG. 4C) versus time. PPG is an example of health indicator data, and steps, activity level, and temperature are exemplary other factor data for other factors that may affect the health indicator data. As one skilled in the art will appreciate, the other data may be obtained from any of a number of known sources, including, but not limited to, accelerometer data, GPS data, weight scales, user input, and the like, and may include, but is not limited to, temperature, activity (running, walking, sitting, cycling, falling, climbing stairs, steps, etc.), BMI, weight, height, age, and the like. The first dotted line drawn vertically across all three plots represents the time t at which user data is obtained for input into a trained machine learning model (described below). The hash plot line in FIG. 4A represents predicted or likely output data 402, and the solid line 404 in FIG. 4A represents measured data. Figure 4B is a hypothetical plot of the number of steps a user takes at various times, and Figure 4C is a hypothetical plot of temperature at various times.

図5A~図5Bは、図4A~図4Cに示されている入力データ、すなわち、PPG(P)、ステップ(R)、および気温(T)を受け取る訓練済みリカレントニューラルネットワーク500に対する概略図を示している。ここでもまた、これらの入力データ(P、R、およびT)は健康指標データおよび他の要因データの例にすぎないことが強調されている。また、複数の健康指標に対するデータが入力され、予測されるものとしてよく、2つより多いまたは少ない他の要因データが使用され得、その選択は、モデルが何に対して設計されているかに依存することも理解されるであろう。当業者であれば、他の要因データは健康指標データの収集または測定と時間的に対応するように収集されることをさらに理解するであろう。いくつかの場合において、たとえば、体重、他の要因データは、特定の時間期間にわたって比較的一定のままである。 5A-5B show schematic diagrams for a trained recurrent neural network 500 that receives the input data shown in FIGS. 4A-4C, namely, PPG (P), steps (R), and temperature (T). Again, it is emphasized that these input data (P, R, and T) are only examples of health indicator data and other factor data. It will also be understood that data for multiple health indicators may be input and predicted, and more or less than two other factor data may be used, the selection depending on what the model is designed for. Those skilled in the art will further appreciate that the other factor data is collected in time correspondence with the collection or measurement of the health indicator data. In some cases, for example, weight, the other factor data remains relatively constant over a particular period of time.

図5Aは、訓練済みニューラルネットワーク500をループとして示す。P、T、およびRは、RNN500の状態502に入力され、重みWが適用され、RNN500は予測されたPPG504(P*)を出力する。ステップ506において、差P-P*(ΔP*)が計算され、ステップ508において、|ΔP*|が閾値より大きいかどうかが判定される。yesであれば、ステップ510において、ユーザに、その健康指標が、正常であるとして予測されるかまたは健常者について予測される限度/閾値を外れていることを通知/警告する。警告/通知/検出は、たとえば、限定はしないが、医者に掛かる/医者の診断を受ける提案、触覚フィードバックのような単純通知、ECGのような追加の測定を行う要求、もしくは推奨のない単純な注記、またはこれらの任意の組合せであり得る。|ΔP*|が閾値以下である場合、ステップ512は何もしない。両方のステップ510および512において、このプロセスは、次の時間ステップで新しいユーザデータにより繰り返される。この実施形態では、状態は予測されたデータの出力に続き更新され、状態を更新する際に予測されたデータを使用し得る。 FIG. 5A shows the trained neural network 500 as a loop. P, T, and R are input to the state 502 of the RNN 500, a weight W is applied, and the RNN 500 outputs a predicted PPG 504 (P * ). In step 506, the difference PP * (ΔP * ) is calculated, and in step 508, it is determined whether |ΔP * | is greater than a threshold. If yes, in step 510, the user is notified/warned that their health indicator is outside the limits/thresholds predicted as normal or predicted for a healthy person. The warning/notification/detection can be, for example, but not limited to, a suggestion to see/get a doctor, a simple notification like haptic feedback, a request to take additional measurements like an ECG, or a simple note without a recommendation, or any combination of these. If |ΔP * | is less than or equal to the threshold, step 512 does nothing. In both steps 510 and 512, the process is repeated with new user data in the next time step. In this embodiment, the state may be updated following the output of predicted data, and the predicted data may be used in updating the state.

図示されていない、別の実施形態において、心拍データ(PPG信号から導出された)一次系列および他の要因データの二次系列が訓練済み機械学習モデルに提供され、これはRNNもしくはCNN、他の機械学習モデル、またはモデルの組合せであってよい。この実施形態では、機械学習モデルは、参照時刻tにおいて入力として、
A. 時刻tにおける健康指標データを含むデータまでの最後の300件の健康指標サンプル(たとえば毎分拍動数単位の心拍数)の長さ300のベクトル(VH)、
B. VH内の各サンプルの近似的時刻における最近の他の要因データ、たとえば、ステップカウントを含む長さ300の少なくとも1つのベクトル(VO)、
C. インデックスiにおけるエントリVDT(i)が健康指標サンプルVH(i)のタイムスタンプとVH(i-1)のタイムスタンプとの間の時間差を含む長さ300のベクトル(VTD)、
D. τは、たとえば、限定はしないが、2.5分であってよく、未来の予測間隔である、tからt+τまでの時間間隔にわたって測定された平均他の要因レート(たとえば、ステップレート)を表すスカラー予測間隔他の要因レートOrate(たとえば、限定はしないがステップレート)を受け取るように構成される。
In another embodiment, not shown, a primary series of heart rate data (derived from a PPG signal) and a secondary series of other factor data are provided to a trained machine learning model, which may be an RNN or CNN, other machine learning model, or a combination of models. In this embodiment, the machine learning model receives as input at a reference time t:
A. A vector ( VH ) of length 300 of the last 300 health indicator samples (e.g., heart rate in beats per minute) up to and including the health indicator data at time t;
B. At least one vector (V O ) of length 300 containing recent other factor data, e.g., step counts, at the approximate time of each sample in V H ;
C. A vector (V TD ) of length 300 whose entry V DT (i) at index i contains the time difference between the timestamp of health index sample V H (i) and the timestamp of V H (i-1);
D. τ is configured to receive a scalar prediction interval other factor rate O rate (e.g., but not limited to, step rate) that represents the average other factor rate (e.g., step rate) measured over the time interval from t to t +τ, which may be, for example, but is not limited to, 2.5 minutes, being a future prediction interval.

この実施形態の出力は、たとえば、tからt+τまでの時間期間にわたって測定された予測された心拍数を特徴付ける確率分布であってよい。いくつかの実施形態において、機械学習モデルは、健康指標データの連続的時間系列および他の要因データ系列を含む訓練例により訓練される。他の一実施形態において、通知システムは、タイムスタンプを、t+τ/2の各予測された健康指標(たとえば、心拍数)分布に割り当て、それにより、予想された分布の中心を予測された間隔(τ)内に設定する。次いで、この実施形態における通知ロジックでは、この例においてすべてのサンプルが長さWL=2*(τ)または5分のスライディングウィンドウ(W)内にあると考え、3つのパラメータを計算する。
1.時間ウィンドウ内のすべての健康指標系列データ
The output of this embodiment may be, for example, a probability distribution characterizing the predicted heart rate measured over a time period from t to t+τ. In some embodiments, the machine learning model is trained with training examples that include a continuous time series of health indicator data and other factor data series. In another embodiment, the notification system assigns a timestamp to each predicted health indicator (e.g., heart rate) distribution of t+τ/2, thereby centering the predicted distribution within the predicted interval (τ). The notification logic in this embodiment then considers all samples within a sliding window (W) of length W L =2*(τ) or 5 minutes in this example, and calculates three parameters.
1. All health indicator series data within the time window

Figure 0007670483000005
Figure 0007670483000005

の平均値。
2.健康指標
The average value.
2. Health indicators

Figure 0007670483000006
Figure 0007670483000006

のすべてのモデル予測の平均値。この予測タイムスタンプは時間ウィンドウ内に収まる。
3.時間ウィンドウ
The average of all model predictions for which the prediction timestamp falls within the time window.
3. Time Window

Figure 0007670483000007
Figure 0007670483000007

内の各予測された健康指標分布の二乗平均平方根の中央値、
4.一実施形態においてΨを閾値として
The root mean square median of each predicted health indicator distribution in
4. In one embodiment, Ψ is the threshold

Figure 0007670483000008
Figure 0007670483000008

または or

Figure 0007670483000009
Figure 0007670483000009

である場合に通知が生成される。 A notification will be generated if:

この実施形態では、測定された健康指標が特定のウィンドウW内で予測された健康指標値の平均から標準偏差のある倍数以上離れているときに警告が生成される。ウィンドウWは、測定された健康指標値および予測された健康指標値の系列にまたがってスライディング方式で適用することができ、各ウィンドウは設計者により指定された分数、たとえば、0.5分だけ前のウィンドウと時間的に重なり合う。 In this embodiment, an alert is generated when the measured health index is more than a multiple of a standard deviation away from the mean of the predicted health index values within a particular window W. The window W may be applied in a sliding fashion across the sequence of measured and predicted health index values, with each window overlapping in time with the previous window by a designer-specified number of minutes, e.g., 0.5 minutes.

通知は、任意の数の異なる形態を取り得る。たとえば、限定はしないが、これは、ユーザに、ECGおよび/または血圧を取得することを通知し得る、コンピューティングシステム(たとえば、ウェアラブルなど)に、ECGまたは血圧(たとえば)を自動的に取得することを指令し得る、ユーザに、医者に掛かることを通知するか、または単純に、ユーザに健康指標データが正常でないことを知らせるものとしてよい。 The notification may take any number of different forms. For example, without limitation, it may notify the user to obtain an ECG and/or blood pressure, it may instruct a computing system (e.g., a wearable, etc.) to automatically obtain an ECG or blood pressure (for example), it may notify the user to see a doctor, or it may simply inform the user that their health indicator data is not normal.

この実施形態において、モデルへの入力としてのVDTの選択は、モデルがVHにおける健康指標データ間の可変間隔に含まれる情報を利用することを可能にすることを意図されており、可変間隔は一貫しているとは言い難い生データから健康指標データをアルゴリズムで導出した結果であり得る。たとえば、心拍数サンプルは、信頼できる心拍数値を出力するのに十分信頼できる生PPGデータを有するときのみApple Watchアルゴリズムによって生成され、その結果、心拍数サンプルの間に不規則な時間ギャップが生じる。同様にして、この実施形態では、他のベクトルと同じ長さの他の要因データ(VO)に対するベクトルを利用して、一次系列(健康指標)と二次系列(他の要因)との間の異なるおよび不規則なサンプルレートを取り扱う。この実施形態では、二次系列は、一次時間系列と同じ時点上に再マッピングされるか、または補間される。 In this embodiment, the selection of VDT as an input to the model is intended to allow the model to utilize information contained in the variable intervals between health index data in VH , which may be the result of algorithmically deriving health index data from raw data that is less than consistent. For example, heart rate samples are generated by the Apple Watch algorithm only when it has reliable enough raw PPG data to output a reliable heart rate value, resulting in irregular time gaps between heart rate samples. In a similar manner, this embodiment handles different and irregular sample rates between the primary series (health index) and the secondary series (other factors) by utilizing a vector for the other factor data ( Vo ) of the same length as the other vectors. In this embodiment, the secondary series is remapped or interpolated onto the same time points as the primary time series.

さらに、いくつかの実施形態において、未来の予測時間間隔(たとえば、tの後)からの機械学習モデルへの入力として提示される二次時間系列からのデータの構成は、修正されてよい。いくつかの実施形態において、予測間隔にわたる平均他の要因データレートを含む単一スカラー値は、複数のスカラー値で、たとえば、二次時間系列ごとに1つずつ、修正されることも可能である。または、値のベクトルは、予測間隔にわたって使用されることも可能である。それに加えて、予測間隔は、それ自体、調整され得る。たとえば、より短い予測間隔は、基本タイムスケールが(より)短い事象の変化および改善された検出へのより高速な応答をもたらし得るが、動きアーチファクトのような、ノイズソースからの干渉に対してより敏感な場合もあり得る。 Furthermore, in some embodiments, the composition of data from the secondary time series presented as input to the machine learning model from a future prediction time interval (e.g., after t) may be modified. In some embodiments, a single scalar value containing the average other factor data rate over the prediction interval may be modified with multiple scalar values, e.g., one for each secondary time series. Or, a vector of values may be used over the prediction interval. In addition, the prediction interval may itself be adjusted. For example, a shorter prediction interval may result in faster response to changes and improved detection of events with short(er) fundamental timescales, but may also be more sensitive to interference from noise sources, such as motion artifacts.

同様に、機械学習モデルそれ自体の出力予測は、スカラーである必要はない。たとえば、いくつかの実施形態では、tとt+τとの間の時間間隔内の複数の時刻tについて予測の時系列を生成してよく、警告ロジックは、これらの予測の各々を同じ時間間隔内の予測値と比較し得る。 Similarly, the output predictions of the machine learning model itself need not be scalar. For example, in some embodiments, a time series of predictions may be generated for multiple times t in the time interval between t and t+τ, and the alerting logic may compare each of these predictions to the predicted values in the same time interval.

この先行する実施形態において、機械学習モデルそれ自体は、たとえば、7層フィードフォワードニューラルネットワークを含み得る。最初の3層は、各々24のカーネル幅および2のストライドを有する32個のカーネルを含む畳み込み層であってよい。第1の層は、入力として、3つのチャネル内に配列VH、VO、およびVTDを有し得る。最後の4層は、全結合層であり、最後の層を除きすべて双曲正接活性化関数を利用し得る。第3の層の出力は、第1の全結合層への入力のために1つの配列に平坦化され得る。最終層は、10個の混合(各混合に対して平均、分散、および重み)を有するガウス混合モデルをパラメータ化した30個の値を出力する。ネットワークは、第1の全結合層と第3の全結合層との間のスキップ接続を使用し、層6の出力が層4の出力と足し合わされて、層7への入力を生成する。標準バッチ正規化は最後の層を除くすべての層で使用されてよく、減衰率は0.97である。スキップ接続およびバッチ正規化の使用は、ネットワークを通して勾配を伝搬させる能力を改善することができる。 In this preceding embodiment, the machine learning model itself may include, for example, a seven-layer feedforward neural network. The first three layers may be convolutional layers containing 32 kernels, each with a kernel width of 24 and a stride of 2. The first layer may have arrays VH , VO , and VTD in three channels as inputs. The last four layers are fully connected layers, and all but the last layer may utilize a hyperbolic tangent activation function. The output of the third layer may be flattened into one array for input to the first fully connected layer. The final layer outputs 30 values that parameterize a Gaussian mixture model with 10 mixtures (mean, variance, and weight for each mixture). The network uses skip connections between the first and third fully connected layers, and the output of layer 6 is summed with the output of layer 4 to generate the input to layer 7. Standard batch normalization may be used in all layers except the last layer, with a decay rate of 0.97. The use of skip connections and batch normalization can improve the ability to propagate gradients through the network.

機械学習モデルの選択は、システムのパフォーマンスに影響を及ぼし得る。機械学習モデル構成は、2種類の考察要素に分けられるものとしてよい。第1は、モデルの内部はアーキテクチャであり、これは、モデルタイプの選択(畳み込みニューラルネットワーク、リカレントニューラルネットワーク、ランダムフォレストなど、一般化非線形回帰)、さらにはモデルの実装形態を特徴付けるパラメータ(一般的に、パラメータの個数、および/または層の数、決定木の数など)を意味する。第2は、モデルの外部アーキテクチャ--モデル内に供給されるデータの配置構成およびモデルが解くことを求められている問題の特定のパラメータ--である。外部アーキテクチャは、一部は、モデルに入力として供給されるデータの次元および種類、そのデータが及ぶ時間範囲、およびそのデータ上で実行される前または後処理によって特徴付けられ得る。 The choice of machine learning model can affect the performance of a system. Machine learning model configuration can be divided into two types of considerations. First, the internal architecture of the model, which refers to the choice of model type (convolutional neural network, recurrent neural network, generalized nonlinear regression such as random forests) as well as the parameters that characterize the model implementation (typically the number of parameters and/or the number of layers, number of decision trees, etc.). Second, the external architecture of the model - the arrangement of data fed into the model and the specific parameters of the problem the model is being asked to solve. The external architecture can be characterized in part by the dimensionality and type of data fed into the model as input, the time range that the data spans, and any pre- or post-processing performed on the data.

一般的に、外部アーキテクチャの選択は、より大きなモデルを訓練し評価するための利用可能な記憶容量および計算能力、ならびに過学習を防ぐ十分な量のデータの利用可能性とともに、機械学習モデルの予測能力を高め得る、入力として供給されるパラメータの数および情報の量を増やすことの間のバランスである。 In general, the choice of external architecture is a balance between increasing the number of parameters and amount of information supplied as input that can increase the predictive ability of the machine learning model, along with the available storage and computational power to train and evaluate larger models, and the availability of a sufficient amount of data to prevent overfitting.

いくつかの実施形態において説明されるモデルの外部アーキテクチャの多数のバリエーションが可能である。入力ベクトルの数、さらには絶対長さ(要素の個数)および対象範囲のタイムスパンが修正され得る。各入力ベクトルが同じ長さであるか、または同じタイムスパンを対象範囲とすることは必要ない。データは、時間的に等しくサンプリングされる必要はなく、たとえば、限定はしないが、心拍数データの6時間の履歴をとるものとしてよく、tより前の1時間未満のデータは1Hzのレートでサンプリングされ、tより前の1時間超、tより前の2時間未満のデータは0.5Hzのレートでサンプリングされ、2時間より古いデータは0.1Hzのレートでサンプリングされ、tは参照時間である。 Many variations of the external architecture of the model described in some embodiments are possible. The number of input vectors, as well as the absolute length (number of elements) and the time span of coverage can be modified. It is not necessary for each input vector to be the same length or to cover the same time span. The data need not be sampled evenly in time, for example, but not by way of limitation, a 6-hour history of heart rate data may be taken, where data less than 1 hour prior to t is sampled at a rate of 1 Hz, data more than 1 hour prior to t and less than 2 hours prior to t is sampled at a rate of 0.5 Hz, and data older than 2 hours is sampled at a rate of 0.1 Hz, where t is the reference time.

図5Bは、訓練済みRNN500がアンロールされていることを示している。入力データ513(Pt、Rt、およびTt)が時刻tにおける状態(St)514に入力され、訓練された重み516が適用される。セル(Ct)518の出力は、時刻t+1における予測 Figure 5B shows the trained RNN 500 being unrolled. Input data 513 ( Pt , Rt , and Tt ) are input to state ( St ) 514 at time t, and trained weights 516 are applied. The output of cell ( Ct ) 518 is the prediction at time t+1.

Figure 0007670483000010
Figure 0007670483000010

520および更新された状態St+1522である。同様に、Ct+1524において、入力データ(Pt+1、Rt+1、およびTt+1)513'はSt+1522に入力され、訓練済み重み516が適用され、Ct+1524の出力は 520 and the updated state S t+1 522. Similarly, in C t+1 524, the input data (P t+1 , R t+1 , and T t+1 ) 513′ is input to S t+1 522, the trained weights 516 are applied, and the output of C t+1 524 is

Figure 0007670483000011
Figure 0007670483000011

523である。上述において指摘されているように、St+1はStを更新した結果であり、それによって、St+1は前の時間ステップにおけるセル(Ct)518の動作からのStからのメモリを有する。このプロセスは、nステップの間続き、入力データ(Pn、Rn、およびTn)513"は、Sn 530に入力され、訓練済み重み516が適用される。セルCtの出力は、予測532 523. As noted above, S t+1 is the result of updating S t , whereby S t+1 has memory from S t from the operation of cell (C t ) 518 in the previous time step. This process continues for n steps, where the input data (P n , R n , and T n ) 513″ is input to S n 530 and the trained weights 516 are applied. The output of cell C t is the prediction 532

Figure 0007670483000012
Figure 0007670483000012

である。特に、訓練済みRNNは、全体を通して同じ重みを適用するが、重要なことは、状態が前の時間ステップから更新され、RNNに前の時間ステップからのメモリの利点をもたらすことである。当業者であれば。従属する健康指標データを入力する時間的順序は変化するものとしてよく、それでも、好ましい結果をもたらすことを理解するであろう。たとえば、前の時間ステップ(たとえば、Pt-1)からの測定された健康指標データおよび現在の時間ステップ(たとえば、RtおよびTt)からの他の要因データは、現在の時間ステップ(St)で状態に入力することができ、モデルは、現在の時間ステップ In particular, the trained RNN applies the same weights throughout, but what is important is that the state is updated from the previous time step, giving the RNN the benefit of memory from the previous time step. Those skilled in the art will appreciate that the temporal order of inputting the dependent health indicator data may vary and still produce desirable results. For example, measured health indicator data from a previous time step (e.g., P t-1 ) and other factor data from the current time step (e.g., R t and T t ) can be input to the state at the current time step (S t ), and the model will update the state at the current time step (S t ).

Figure 0007670483000013
Figure 0007670483000013

で健康指標を予測し、これは現在の時間ステップで測定された健康指標データと比較され、それにより、ユーザの健康指標が正常であるか、または健常範囲内にあるかを決定するが、これは上述したとおりである。 to predict health indicators, which are compared to the health indicator data measured at the current time step to determine whether the user's health indicators are normal or within the healthy range, as described above.

図5Cは、ユーザの健康指標の順序付けられたデータ、われわれの例におけるPPGが健常者に対する帯域または閾値の範囲内にあるかどうかを決定するための訓練済みRNNの他の一実施形態を示している。この実施形態における入力データは、線形結合 Figure 5C shows another embodiment of a trained RNN to determine whether ordered data of a user's health indicators, in our example PPG, is within a band or threshold for healthy subjects. The input data in this embodiment is a linear combination

Figure 0007670483000014
Figure 0007670483000014

であり、ここで、 where,

Figure 0007670483000015
Figure 0007670483000015

は時刻tにおける予測された健康指標値であり、Ptは時刻tにおける測定された健康指標である。この実施形態において、αは損失(L)の関数として非線形的に0から1までの範囲の値を取り、損失およびαは、以下でさらに詳しく説明される。現在注目すべきものは、αがゼロに近いときに測定されたデータPtがネットワークに入力され、αが1に近いときに予測されたデータ is the predicted health index value at time t, and Pt is the measured health index at time t. In this embodiment, α ranges from 0 to 1 nonlinearly as a function of loss (L), and loss and α are described in more detail below. Of present interest is that when α is close to zero, measured data Pt is input to the network, and when α is close to 1, predicted data

Figure 0007670483000016
Figure 0007670483000016

がネットワークに入力され、次の時間ステップで予測を行うことである。時刻tにおける他の要因データ(Ot)は、任意選択で、入力されてもよい。 is input to the network to make a prediction at the next time step. Other factor data (O t ) at time t may optionally be input.

ItおよびOtは、状態Stに入力され、これはいくつかの実施形態において時間ステップt+1における予測された健康指標データ I t and O t are input to state S t , which in some embodiments represents the predicted health index data at time step t+1.

Figure 0007670483000017
Figure 0007670483000017

の確率分布(β) Probability distribution (β)

Figure 0007670483000018
Figure 0007670483000018

を出力し、ここで、β(P*)は予測された健康指標(P*)の確率分布関数である。いくつかの実施形態において、確率分布関数は、t+1における予測された健康指標値 where β (P*) is the probability distribution function of the predicted health index (P * ). In some embodiments, the probability distribution function is the predicted health index value at t+1.

Figure 0007670483000019
Figure 0007670483000019

を選択するようにサンプリングされる。当業者であれば理解するように、β(P*)はネットワーク設計者の目標に応じて異なる方法を使用してサンプリングされるものとしてよく、その方法は確率分布の平均値、最大値、ランダムサンプリングを取ることを含み得る。時刻t+1における測定されたデータを使用してβt+1を評価することで、状態St+1が測定されたデータに対して予測したであろう確率が得られる。 As one skilled in the art will appreciate, β (P*) may be sampled using different methods depending on the network designer's goals, which may include taking the mean, maximum, or random sampling of a probability distribution. Evaluating β t+1 using the measured data at time t+1 gives the probability that state S t+1 would have predicted given the measured data.

この概念を例示するために、図5Dは、時刻t+1における仮説的健康指標データの範囲に対する仮説的確率分布を示している。この関数は、たとえば、最大確率0.95でサンプリングされ、それにより、時刻t+1における予測された健康指標 To illustrate this concept, Figure 5D shows a hypothetical probability distribution for the range of hypothetical health indicator data at time t+1. The function is sampled, for example, with a maximum probability of 0.95, so that the predicted health indicator at time t+1

Figure 0007670483000020
Figure 0007670483000020

を決定する。確率分布(βt+1)も、測定された、または実際の健康指標データ The probability distribution (β t+1 ) is also determined based on the measured or actual health indicator data.

Figure 0007670483000021
Figure 0007670483000021

を使用して評価され、実際のデータがモデル内に入力されたとしたらモデルが予測したであろう確率が決定される。この例では、 to determine the probability that the model would have predicted if the actual data had been fed into the model. In this example,

Figure 0007670483000022
Figure 0007670483000022

は0.85である。 is 0.85.

損失は、ユーザに、ユーザの健康ステータスが訓練済み機械学習モデルによって予測されたとおりに正常範囲内にないことを通知するかどうかを決定することを補助するために定義され得る。損失は、予測されたデータが実際のまたは測定されたデータにどれだけ近いかをモデル化するように選択される。当業者であれば、損失を定義するやり方は多数あることを理解するであろう。本明細書において説明される他の実施形態において、たとえば、予測されたデータと実際のデータとの間の差の絶対値(|ΔP*|)が損失である。いくつかの実施形態において、損失(L)はL=-ln[β(P)]としてよく、ここで、 The loss may be defined to aid in determining whether to notify the user that the user's health status is not within the normal range as predicted by the trained machine learning model. The loss is selected to model how close the predicted data is to the actual or measured data. Those skilled in the art will appreciate that there are many ways to define the loss. In other embodiments described herein, for example, the absolute value of the difference between the predicted data and the actual data (|ΔP * |) is the loss. In some embodiments, the loss (L) may be L=-ln[β (P) ], where:

Figure 0007670483000023
Figure 0007670483000023

である。Lは、予測されたデータが測定されたまたは実際のデータにどれだけ近いかの尺度である。β(P)は0から1の範囲内であり、1は予測された値を意味し、測定された値は同じである。したがって、低損失は、予測された値がおそらく測定された値と同じであるか、または近いことを示す。この文脈において、これは測定されたデータがそれが健常/正常者に由来するように見えることを意味する。いくつかの実施形態において、Lに対する閾値が設定され、たとえば、L>5であり、ユーザは、健康指標データが健康であると考えられる範囲を外れていることを通知される。他の実施形態では、一定期間にわたって損失の平均を取り、その平均を閾値と比較するものとしてよい。いくつかの実施形態において、閾値それ自体は、予測された値の統計的計算の関数であるか、または予測された値の平均であってよい。いくつかの実施形態において、次の式は、ユーザに、健康指標が健常範囲内にないことを通知するために使用され得る。 where L is a measure of how close the predicted data is to the measured or actual data. β(P) ranges from 0 to 1, with 1 meaning the predicted value and the measured value are the same. Thus, a low loss indicates that the predicted value is probably the same or close to the measured value. In this context, this means that the measured data looks like it comes from a healthy/normal individual. In some embodiments, a threshold for L is set, e.g., L>5, and the user is notified that the health index data is outside of a range that is considered healthy. In other embodiments, the loss may be averaged over a period of time and the average compared to the threshold. In some embodiments, the threshold itself may be a function of a statistical calculation of the predicted values or may be the average of the predicted values. In some embodiments, the following formula may be used to notify the user that the health index is not within the healthy range:

Figure 0007670483000024
Figure 0007670483000024

<Prange>は、一定時間範囲にわたって測定された健康指標データを平均する方法によって決定され、 <P range > is determined by averaging health index data measured over a certain time range,

Figure 0007670483000025
Figure 0007670483000025

は、同じ時間範囲にわたって予測された健康指標データを平均する方法によって決定され、 is determined by averaging the predicted health indicator data over the same time range,

Figure 0007670483000026
Figure 0007670483000026

は、同じ時間範囲にわたってネットワークから導出された標準偏差の系列の中央値であり、 is the median of the series of standard deviations derived from the network over the same time range,

Figure 0007670483000027
Figure 0007670483000027

は、 teeth,

Figure 0007670483000028
Figure 0007670483000028

で評価された標準偏差の関数であり、閾値として働き得る。 It is a function of the standard deviation evaluated at and can act as a threshold.

使用され得る平均する方法は、たとえば、限定はしないが、平均、算術平均、中央値、およびモードを含む。いくつかの実施形態において、外れ値は、計算された数値を歪ませないように取り除かれる。 Averaging methods that may be used include, for example and without limitation, the mean, arithmetic mean, median, and mode. In some embodiments, outliers are removed so as not to skew the calculated numerical values.

図5Cにおいて示されている実施形態に対する入力データ Input data for the embodiment shown in Figure 5C

Figure 0007670483000029
Figure 0007670483000029

を再び参照すると、αtはLの関数として定義され、0から1の範囲内にある。たとえば、α(L)は、線形関数、もしくは非線形関数であり得るか、またはLのある範囲上では線形であり、Lの別の範囲上では非線形であるものとしてもよい。一例において、図5Eに示すように、関数α(L)は、0から3の間のLに対して線形であり、3から13の間のLに対して二次であり、13より大きいLに対して1である。この実施形態について、Lが0から3の間であるときに(すなわち、予測された健康指標データおよび測定された健康指標データがほぼ一致するとき)、入力データIt+1は、α-1がゼロに近づくときに、近似的に測定データPt+1となる。Lが大きいときに、たとえば、13より大きいときに、α(L)は1であり、これは入力データ Referring again to FIG. 5E , α(L) is defined as a function of L and ranges from 0 to 1. For example, α(L) may be a linear function, or a nonlinear function, or may be linear over one range of L and nonlinear over another range of L. In one example, as shown in FIG. 5E, the function α(L) is linear for L between 0 and 3, quadratic for L between 3 and 13, and 1 for L greater than 13. For this embodiment, when L is between 0 and 3 (i.e., when the predicted health index data and the measured health index data are nearly identical), the input data I t+1 is approximately the measured data P t+1 as α-1 approaches zero. When L is large, e.g., greater than 13, α(L) is 1, which corresponds to the input data

Figure 0007670483000030
Figure 0007670483000030

を時刻t+1における予測された健康指標にする。Lが1から13の間であるときに、α(L)は二次関数として変化し、入力データへの予測されたおよび測定された健康指標データの相対的寄与も変化する。α(L)によって重み付けされた予測された健康指標データと測定された健康指標データとの線形結合は、この実施形態において、特定の任意の時間ステップにおいて予測されたデータと測定されたデータとの間で入力データに重み付けすることを可能にする。これらのすべての例において、入力データは、他の要因データ(Ot)も含み得る。これは、自己サンプリングの一例にすぎず、予測されたデータと測定されたデータとの何らかの結合が訓練済みネットワークへの入力として使用される。当業者であれば、他の多くのものが使用され得ることを理解するであろう。 Let α(L) be the predicted health index at time t+1. When L is between 1 and 13, α(L) varies as a quadratic function, and the relative contribution of predicted and measured health index data to the input data also varies. The linear combination of predicted and measured health index data weighted by α(L) allows the input data to be weighted between predicted and measured data at any particular time step in this embodiment. In all these examples, the input data may also include other factor data (O t ). This is just one example of self-sampling, and any combination of predicted and measured data is used as input to the trained network. Those skilled in the art will understand that many others may be used.

実施形態における機械学習モデルは、訓練済み機械学習モデルを使用する。いくつかの実施形態において、機械学習モデルは、訓練済みRNNを必要とする、リカレントニューラルネットワークを使用する。たとえば、限定はしないが、図6は、いくつかの実施形態によりRNNを訓練することを実証するアンロールされたRNNを示している。セル602は、初期状態S0 604および重み行列W 606を有する。時間ステップゼロにおけるステップレートデータR0、気温データT0、および初期PPGデータP0は、状態S0に入力され、重みWが適用され、最初の時間ステップにおける予測されたPPG The machine learning model in an embodiment uses a trained machine learning model. In some embodiments, the machine learning model uses a recurrent neural network, which requires a trained RNN. For example, without limitation, FIG. 6 shows an unrolled RNN that demonstrates training an RNN in accordance with some embodiments. Cell 602 has an initial state S0 604 and a weight matrix W606. Step rate data R0 , temperature data T0 , and initial PPG data P0 at time step zero are input into state S0 , and weights W are applied to obtain the predicted PPG data at the first time step.

Figure 0007670483000031
Figure 0007670483000031

がセル602から出力され、時間ステップ1で取得されたPPG(P1)を使用して is output from cell 602, and using the PPG (P 1 ) obtained at time step 1,

Figure 0007670483000032
Figure 0007670483000032

が計算される。セル602は、時間ステップ1で更新された状態608(S1)も出力し、これはセル610に入る。時間ステップ1におけるステップレートデータR1、気温データT1、およびPPGデータP1は、S1に入力され、重み606 Wが適用され、時間ステップ2における予測されたPPG Cell 602 also outputs the updated state 608 (S 1 ) at time step 1, which goes into cell 610. The step rate data R 1 , temperature data T 1 , and PPG data P 1 at time step 1 are input into S 1 and weights 606 W are applied to calculate the predicted PPG at time step 2.

Figure 0007670483000033
Figure 0007670483000033

がセル610から出力され、時間ステップ2で取得されたPPG(P2)を使用して is output from cell 610, and using the PPG (P 2 ) obtained at time step 2,

Figure 0007670483000034
Figure 0007670483000034

が計算される。セル610は、時間ステップ2で更新された状態612(S2)も出力し、これはセル614に入る。時間ステップ3におけるステップレートデータR3、気温データT3、およびPPGデータ(P3)は、S2に入力され、重み606 Wが適用され、時間ステップ3における予測されたPPG Cell 610 also outputs the updated state 612 ( S2 ) at time step 2, which goes into cell 614. The step rate data R3 , temperature data T3 , and PPG data ( P3 ) at time step 3 are input into S2 and weights 606 W are applied to give the predicted PPG at time step 3.

Figure 0007670483000035
Figure 0007670483000035

がセル614から出力され、時間ステップ3で取得されたPPG(P3)を使用して is output from cell 614, and using the PPG (P 3 ) obtained at time step 3,

Figure 0007670483000036
Figure 0007670483000036

が計算される。これは、時間ステップnでの状態616が出力され、 is calculated. This means that state 616 at time step n is output,

Figure 0007670483000037
Figure 0007670483000037

が計算されるまで続けられる。ΔP*'は、重み行列を調整するために誤差逆伝播法で使用され、これは畳み込みニューラルネットワークの訓練に類似している。しかしながら、畳み込みネットワークと異なり、各反復でリカレントニューラルネットワークにおいて同じ重み行列が適用され、これは訓練中に誤差逆伝播法で修正されるのみである。健康指標データおよび対応する他の要因データを含む多くの訓練例が収束するまで何度もRNN600に入力される。前に説明したように、LSTM RNNは、そのようなネットワークの状態が入力データのより長期の文脈的分析をもたらすいくつかの実施形態において使用されてよく、ネットワークが(より)長期の相関関係を学習するときにより適切な予測を行い得る。さらに言及されているように、当業者であれば、他の機械学習モデルも本明細書において説明される実施形態の範囲内に収まり、たとえば、限定はしないが、CNNまたは他のフィードフォワードネットワークを含み得ることを容易に理解するであろう。 This is continued until P*' is calculated. ΔP * ' is used in backpropagation to adjust the weight matrix, which is similar to training a convolutional neural network. However, unlike a convolutional network, the same weight matrix is applied in the recurrent neural network at each iteration, which is only modified in backpropagation during training. Many training examples including health indicator data and corresponding other factor data are input to the RNN 600 many times until convergence. As previously described, LSTM RNNs may be used in some embodiments where the state of such a network provides a longer-term contextual analysis of the input data, and the network may make better predictions when it learns (more) long-term correlations. As further mentioned, one skilled in the art will readily appreciate that other machine learning models also fall within the scope of the embodiments described herein, and may include, for example, but not limited to, CNNs or other feedforward networks.

図7Aは、ユーザの測定された健康指標が類似の他の要因の下で健常者の指標に対する正常の範囲内にあるか、または正常の閾値を外れているかどうかを予測するシステム700を示している。システム700は、機械学習モデル702および健康検出器704を有する。機械学習モデル702に対する実施形態は、たとえば(限定はしないが)訓練済み機械学習モデル、訓練済みRNN、CNN、または他のフィードフォワードネットワークを含む。訓練済みRNN、他のネットワーク、またはネットワークの組合せは、健康指標データおよび対応する(時間的に)他の要因データが収集された健常者の集団からの訓練例上で訓練され得る。あるいは、訓練済みRNN、他のネットワーク、またはネットワークの組合せは、特定のユーザからの訓練例上で訓練されてよく、それにより、それをパーソナライズされた訓練済み機械学習モデルにする。当業者であれば、異なる集団からの訓練例は、訓練済みネットワークおよび一般にシステムに対する使用または設計に応じて選択され得ることを理解するであろう。当業者であれば、この実施形態および他の実施形態における健康指標データは、1つまたは複数の健康指標であり得ることも容易に理解するであろう。たとえば、限定はしないが、PPGデータ、心拍データ、血圧データ、体温データ、血中酸素濃度データ、および同様のもののうちの1つまたは複数は、モデルを訓練するため、およびユーザの健康を予測するために使用することが可能である。健康検出器704は、機械学習モデル702および入力データ710からの予測708を使用して、損失、または測定されたデータにより予測された出力を分析することによって決定される他の測定基準が正常と考えられる閾値を超え、したがって健康でないかどうかを判定する。次いで、システム700は、ユーザの健康の通知または状態を出力する。通知は、本明細書において説明される多くの形態を取り得る。入力生成器706は、センサを着用しているか、またはセンサと接触しているユーザからのデータをセンサ(図示せず)により連続的に取得し、データは、ユーザの1つまたは複数の健康指標を表す。対応する(時間的に)他の要因データは、別のセンサによって収集され得るか、または本明細書において説明される、もしくは当業者には容易にわかるような他の手段を通じて取得され得る。 7A shows a system 700 that predicts whether a user's measured health indicator is within the normal range for an indicator of a healthy person under similar other factors, or outside the normal threshold. The system 700 has a machine learning model 702 and a health detector 704. An embodiment for the machine learning model 702 includes, for example (but not limited to), a trained machine learning model, a trained RNN, a CNN, or other feed-forward network. The trained RNN, other network, or combination of networks may be trained on training examples from a population of healthy people from whom the health indicator data and corresponding (in time) other factor data were collected. Alternatively, the trained RNN, other network, or combination of networks may be trained on training examples from a particular user, thereby making it a personalized trained machine learning model. Those skilled in the art will understand that training examples from different populations may be selected depending on the use or design for the trained network and the system in general. Those skilled in the art will also readily understand that the health indicator data in this and other embodiments may be one or more health indicators. For example, but not limited to, one or more of PPG data, heart rate data, blood pressure data, body temperature data, blood oxygen level data, and the like, can be used to train the model and predict the health of the user. The health detector 704 uses the machine learning model 702 and predictions 708 from the input data 710 to determine whether loss or other metrics determined by analyzing the predicted output from the measured data exceed a threshold considered normal and therefore unhealthy. The system 700 then outputs a notification or status of the user's health. The notification can take many forms as described herein. The input generator 706 continuously acquires data from a user wearing or in contact with the sensor (not shown) with a sensor, the data representing one or more health indicators of the user. Corresponding (in time) other factor data can be collected by another sensor or acquired through other means as described herein or as would be readily apparent to one of ordinary skill in the art.

入力生成器706は、また、他の要因データを決定/計算するためにデータを収集し得る。入力生成器は、たとえば、限定はしないが、スマートウォッチ、ウェアラブルもしくはモバイルデバイス(たとえば、Apple Watch(登録商標)もしくはFitBit(登録商標)スマートフォン、タブレット、またはラップトップコンピュータ)、スマートウォッチとモバイルデバイスとの組合せ、データをモバイルデバイスもしくは他の携帯型コンピューティングデバイスに伝送する能力を有する外科的埋め込み型デバイス、または医療施設内のカート上のデバイスを含み得る。好ましくは、ユーザ入力生成器706は、1つまたは複数の健康指標に関係するデータを測定するためのセンサ(たとえば、PPGセンサ、電極センサ)を有する。いくつかの実施形態のスマートウォッチ、タブレット、携帯電話、またはラップトップコンピュータはセンサを装備し得るか、またはセンサは離れた場所に置かれてもよく(外科的に埋め込まれる、モバイルデバイス、または何らかの別個のデバイスから離れている身体に接触させる)これらすべての場合においてモバイルデバイスが健康指標データを収集するためにセンサと通信する。いくつかの実施形態において、システム700は、モバイルデバイス上に単独で、他のモバイルデバイスと組み合わせて、またはこれらのデバイスが通信する際に用いるネットワークを通した通信を介して他のコンピューティングシステムと組み合わせて提供され得る。たとえば、限定はしないが、システム700は、スマートウォッチもしくはウェアラブルであってよく、デバイス上に、たとえば、ウォッチのメモリまたはウォッチ上のファームウェアに機械学習モデル702および健康検出器704が配置される。ウォッチはユーザ入力生成器706を有し、他のコンピューティングデバイス(たとえば、携帯電話、タブレット、ラップトップコンピュータ、またはデスクトップコンピュータ)と、直接通信、ワイヤレス通信(たとえば、WiFi、音、Bluetooth(登録商標)など)を介して、またはネットワーク(たとえば、インターネット、イントラネット、エクストラネットなど)またはその組合せを通じて通信するものとしてよく、訓練済み機械学習モデル702および健康検出器704は他のコンピューティングデバイス上に配置されてもよい。当業者であれ
ば、システム700の任意の数の構成が、本明細書で説明される実施形態の範囲を超えることなく利用され得ることを理解するであろう。
The input generator 706 may also collect data to determine/calculate other factor data. The input generator may include, for example, but not limited to, a smartwatch, a wearable or mobile device (e.g., an Apple Watch® or FitBit® smartphone, a tablet, or a laptop computer), a combination of a smartwatch and a mobile device, a surgically implanted device capable of transmitting data to a mobile device or other portable computing device, or a device on a cart in a medical facility. Preferably, the user input generator 706 has a sensor (e.g., a PPG sensor, an electrode sensor) for measuring data related to one or more health indicators. The smartwatch, tablet, mobile phone, or laptop computer of some embodiments may be equipped with a sensor or the sensor may be placed at a remote location (surgically implanted, in contact with the body separate from the mobile device, or some separate device), in all these cases the mobile device communicates with the sensor to collect the health indicator data. In some embodiments, the system 700 may be provided on a mobile device alone, in combination with other mobile devices, or in combination with other computing systems via communication over a network through which these devices communicate. For example, but not limited to, the system 700 may be a smart watch or wearable, with the machine learning model 702 and health detector 704 located on the device, for example, in the memory of the watch or firmware on the watch. The watch may have a user input generator 706 and communicate with other computing devices (e.g., mobile phones, tablets, laptop computers, or desktop computers) via direct communication, wireless communication (e.g., WiFi, sound, Bluetooth, etc.), or through a network (e.g., Internet, intranet, extranet, etc.), or combinations thereof, with the trained machine learning model 702 and health detector 704 located on the other computing devices. Those skilled in the art will appreciate that any number of configurations of the system 700 may be utilized without departing from the scope of the embodiments described herein.

図7Bを参照すると、一実施形態によるスマートウォッチ712が図示されている。スマートウォッチ712は、当業者に知られているすべての回路およびマイクロプロセッサ(図示せず)を収容するウォッチ714を含む。ウォッチ714はディスプレイ716も備え、このディスプレイに、ユーザの健康指標データ718、この例では心拍数データが表示され得る。またディスプレイ716に表示されるのは、正常または健常集団に対する予測された健康指標帯域720であってもよい。図7Bにおいて、ユーザの測定された心拍数データは、予測された健常帯域を超えていないので、この特定の例では、通知は行われない。ウォッチ714は、ウォッチバンド722および高忠実度センサ724、たとえば、ECGセンサも備え得る。あるいは、ウォッチバンド722は、血圧を測定するための膨張性カフであってもよい。低忠実度センサ726(陰影で示されている)はウォッチ714の裏側に設けられ、たとえば、心拍数データまたは血圧のような他のデータを導出するために使用できる、PPGデータなどのユーザ健康指標データを収集する。あるいは、当業者であれば理解するように、いくつかの実施形態では、FitBitまたはPolarなどのフィットネスバンドが使用されてよく、このフィットネスバンドは類似の処理能力および他の要因測定デバイス(たとえば、ppgおよび加速度計)を有する。 7B, a smartwatch 712 according to one embodiment is illustrated. The smartwatch 712 includes a watch 714 that contains all circuitry and a microprocessor (not shown) known to those skilled in the art. The watch 714 also includes a display 716 on which the user's health indicator data 718, in this example, heart rate data, may be displayed. Also displayed on the display 716 may be a predicted health indicator band 720 for a normal or healthy population. In FIG. 7B, the user's measured heart rate data does not exceed the predicted healthy band, so in this particular example, no notification is provided. The watch 714 may also include a watch band 722 and a high fidelity sensor 724, e.g., an ECG sensor. Alternatively, the watch band 722 may be an inflatable cuff for measuring blood pressure. A low fidelity sensor 726 (shown in shading) is provided on the back of the watch 714 to collect user health indicator data, such as PPG data, which may be used to derive, for example, heart rate data or other data such as blood pressure. Alternatively, as one skilled in the art would understand, in some embodiments, a fitness band such as a FitBit or Polar may be used, which has similar processing capabilities and other factor measuring devices (e.g., ppg and accelerometers).

図8は、ユーザの健康ステータスを連続的に監視するための方法800の一実施形態を示している。ステップ802では、1つまたは複数の健康指標に対するデータ(すなわち、データの一次系列)および他の要因に対する対応する(時間的に)データ(すなわち、データの二次系列)を含み得る、ユーザ入力データを受け取る。ステップ804で、ユーザデータを、本明細書において説明される訓練済みRNN、CNN、他のフィードフォワードネットワークまたは当業者に知られている他のニューラルネットワークを含み得る、訓練済み機械学習モデルに入力する。いくつかの実施形態において、健康指標入力データは、本明細書のいくつかの実施形態において説明されるように、予測された健康指標データおよび測定された健康指標データのうちの一方またはその組合せ、たとえば線形結合であってよい。ステップ806で、時間ステップで1つまたは複数の予測された健康指標に対するデータを出力し、その出力は、たとえば、限定はしないが、単一の予測された値、予測された値の関数としての確率分布を含み得る。ステップ808で、予測された健康指標に基づき損失を決定し、たとえば、限定はしないが、損失は予測された健康指標と測定された健康指標との間の単純な差であるか、または他の何らかの適切に選択された損失関数(たとえば、測定された健康指標に対する値で評価される確率分布の負の対数)であってもよい。ステップ810で、損失が正常または健康的でないとみなされる閾値を超えるかどうかを判定し、閾値は、たとえば、限定はしないが、設計者によって選ばれた単純な数値であるか、または予測に関係する何らかのパラメータのより複雑な関数であってよい。この閾値より大きい場合、ステップ812で、ユーザに、ユーザの健康指標が正常または健常であるとみなされる閾値を超えたことを通知する。通知は、本明細書において説明されるように、多くの形態を取り得る。いくつかの実施形態において、この情報は、ユーザに対して視覚化され得る。たとえば、限定はしないが、(i)時間の関数としての測定された健康指標データ(たとえば、心拍数)および他の要因データ(たとえば、ステップカウント)、(ii)機械学習モデルによって生成された予測された健康指標データ(たとえば、予測された心拍数値)の分布を示すグラフなどの情報がユーザインターフェース
上に表示され得る。このようにして、ユーザは、測定されたデータ点を予測されたデータ点と視覚的に比較し、目視検査により、たとえば、心拍数が機械学習モデルによって予想される範囲内に収まるかどうかを決定することができる。
FIG. 8 illustrates one embodiment of a method 800 for continuously monitoring a user's health status. In step 802, user input data is received, which may include data for one or more health indicators (i.e., a primary series of data) and corresponding (in time) data for other factors (i.e., a secondary series of data). In step 804, the user data is input to a trained machine learning model, which may include a trained RNN, CNN, other feed-forward network, or other neural network known to those skilled in the art, as described herein. In some embodiments, the health indicator input data may be one or a combination, e.g., a linear combination, of predicted health indicator data and measured health indicator data, as described in some embodiments herein. In step 806, data for one or more predicted health indicators at a time step is output, which may include, for example, but not limited to, a single predicted value, a probability distribution as a function of the predicted value. At step 808, a loss is determined based on the predicted health index, for example, but not limited to, the loss may be a simple difference between the predicted health index and the measured health index, or some other appropriately selected loss function (e.g., the negative logarithm of the probability distribution evaluated at the value for the measured health index). At step 810, it is determined whether the loss exceeds a threshold considered normal or unhealthy, which may be, for example, but not limited to, a simple numerical value chosen by a designer, or a more complex function of some parameter related to the prediction. If greater than this threshold, at step 812, the user is notified that the user's health index has exceeded a threshold considered normal or healthy. The notification may take many forms, as described herein. In some embodiments, this information may be visualized to the user. For example, but not limited to, information such as a graph showing the distribution of (i) the measured health index data (e.g., heart rate) and other factor data (e.g., step count) as a function of time, and (ii) the predicted health index data (e.g., predicted heart rate values) generated by the machine learning model may be displayed on a user interface. In this way, a user can visually compare measured data points to predicted data points and determine by visual inspection, for example, whether a heart rate falls within the range predicted by the machine learning model.

本明細書において説明されるいくつかの実施形態では、閾値を使用してユーザに通知するかしないかを決定することを言及している。これらの実施形態の1つまたは複数において、ユーザは、個人的健康知識とより正確にマッチするようにシステムまたは方法を調整もしくはチューニングするために閾値を変更するものとしてよい。たとえば、使用される生理学的指標が血圧であり、ユーザがより高い血圧を有している場合、実施形態では、ユーザの健康指標が健常集団上で訓練されたモデルからの正常もしくは健常範囲を外れていることを頻繁にユーザに警告/通知するものとしてよい。したがって、いくつかの実施形態では、ユーザが閾値を高くして、ユーザの健康指標データが正常または健常とみなされるものを超えたことをあまり頻繁に通知されないようにすることを可能にする。 Some embodiments described herein refer to using a threshold to determine whether or not to notify the user. In one or more of these embodiments, the user may change the threshold to adjust or tune the system or method to more accurately match their personal health knowledge. For example, if the physiological indicator used is blood pressure and the user has a higher blood pressure, an embodiment may frequently alert/notify the user that the user's health indicator is outside of normal or healthy ranges from a model trained on a healthy population. Thus, some embodiments allow the user to increase the threshold to be notified less frequently that the user's health indicator data has exceeded what is considered normal or healthy.

いくつかの実施形態では、好ましくは、健康指標に生データを使用する。生データが処理され特定の測定、たとえば、心拍数を導出する場合、この導出されたデータは実施形態に従って使用され得る。いくつかの状況において、健康監視装置の供給者は生データの制御を行わず、むしろ、受け取ったものが、計算された健康指標、たとえば、心拍数または血圧の形態の処理済みデータである。当業者であれば理解するように、機械学習モデルを訓練するために使用されるデータの形態は、ユーザから収集され、訓練済みモデルに入力されるデータの形態とマッチすべきであり、そうでなければ予測は間違っていることを証明することになり得る。たとえば、Apple Watchは、不等時間ステップで心拍数測定データを与え、生PPGデータを提供しない。この例では、ユーザは、不等時間ステップでの心拍数データを用いるAppleのPPG処理アルゴリズムに従って心拍数データを出力するApple Watchを身に着けている。モデルは、このデータ上で訓練される。Appleが心拍数データを提供するためのアルゴリズムを変更することを決定したことで、以前のアルゴリズムからのデータ上で訓練されたモデルは陳腐化して、新しいアルゴリズムからのデータ入力では使用できない場合がある。この潜在的な問題を考慮するため、いくつかの実施形態では、モデルを訓練するためにデータを収集するときに、不規則な間隔で並ぶデータ(心拍数、血圧データ、またはECGデータなど)を規則正しい間隔で並ぶグリッドおよび規則正しい間隔で並ぶグリッドからのサンプル上に再サンプリングする。Apple、またはデータの他の供給者が、そのアルゴリズムを変更した場合、モデルは、新たに収集された訓練例で再訓練するだけでよいが、モデルは、アルゴリズム変更に合わせて再構築される必要はない。 In some embodiments, raw data is preferably used for the health indicators. If the raw data is processed to derive a particular measurement, e.g., heart rate, this derived data may be used according to the embodiments. In some situations, the provider of the health monitoring device does not control the raw data, but rather receives processed data in the form of a calculated health indicator, e.g., heart rate or blood pressure. As one skilled in the art will appreciate, the form of data used to train the machine learning model should match the form of data collected from the user and input to the trained model, otherwise the predictions may prove incorrect. For example, the Apple Watch provides heart rate measurement data at unequal time steps and does not provide raw PPG data. In this example, the user is wearing an Apple Watch that outputs heart rate data according to Apple's PPG processing algorithm, which uses heart rate data at unequal time steps. The model is trained on this data. With Apple deciding to change the algorithm for providing heart rate data, a model trained on data from the previous algorithm may become obsolete and cannot be used with data input from the new algorithm. To account for this potential problem, in some embodiments, when collecting data to train the model, irregularly spaced data (such as heart rate, blood pressure data, or ECG data) is resampled onto a regularly spaced grid and samples from the regularly spaced grid. If Apple, or other suppliers of data, change their algorithms, the model only needs to be retrained on newly collected training examples, but the model does not need to be rebuilt to match the algorithm changes.

さらなる実施形態において、訓練済み機械学習モデルはユーザのデータ上で訓練されるものとしてよく、その結果、パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルが得られる。このパーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは、本明細書において説明される健常者集団上で訓練された機械学習モデルの代わりに、それと組み合わせて使用することができる。単独で使用された場合、ユーザのデータはパーソナライズされた訓練済み機械学習モデルに入力され、これは次の時間ステップにおける個人の、そのユーザに対して正常である健康指標の予測を出力し、次いで、本明細書において説明される実施形態と一致する仕方で次の時間ステップからの実際の/測定されたデータと比較され、ユーザの健康指標がそのユーザに対して正常であると予測されたものからある閾値だけ異なっているかどうかを決定する。それに加えて、このパーソナライズされた機械学習モデルは、健常者集団からの訓練例上で訓練された機械学習モデルと組み合わせて使用することが可能であり、それにより、その個別ユーザに対して正常と予測されるものおよび健常者集団に対して正常と予測されるものの両方に関係するように予測および関連する通知を生成する。 In further embodiments, the trained machine learning model may be trained on the user's data, resulting in a personalized trained machine learning model. This personalized trained machine learning model may be used in place of or in combination with the machine learning model trained on a healthy population as described herein. When used alone, the user's data is input into the personalized trained machine learning model, which outputs a prediction of the individual's health indicators that are normal for that user at the next time step, which is then compared to the actual/measured data from the next time step in a manner consistent with the embodiments described herein to determine whether the user's health indicators differ by a certain threshold from those predicted to be normal for that user. In addition, this personalized machine learning model may be used in combination with a machine learning model trained on training examples from a healthy population, thereby generating predictions and associated notifications related to both what is predicted to be normal for the individual user and what is predicted to be normal for the healthy population.

図9Aは、別の実施形態による方法900を示しており、図9Bは、説明のために心拍数(たとえば限定はしないが)の仮説的プロット902を時間の関数として示している。ステップ904(図9A)では、ユーザ心拍数データ(または他の健康指標データ)、および任意選択で、対応する(時間的に)他の要因データを受け取り、このデータをパーソナライズされた訓練済み機械学習モデルに入力する。いくつかの実施形態において、パーソナライズされた訓練済みモデルは、ユーザの個別健康指標データ、および任意選択で、本明細書で説明される対応する(時間的に)他のデータ上で訓練される。したがって、ステップ906において、パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは、他の要因の条件の下でその個別のユーザに対する正常心拍数データを予測し、ステップ908で、その特定のユーザに対して正常であると予測されるものと比較してユーザの健康指標データ内の逸脱または異常を識別する。いくつかの実施形態では、ユーザが付けているウェアラブルデバイス(たとえば、Apple Watch、スマートウォッチ、FitBit(登録商標)など)から、またはユーザが付けているセンサ(たとえば、Polar(登録商標)ストラップ、PPGセンサなど)と通信している別のモバイルデバイス(たとえば、タブレット、コンピュータなど)からユーザの健康指標データを受信し、これは本明細書の説明全体を通して説明される。 9A shows a method 900 according to another embodiment, and FIG. 9B shows a hypothetical plot 902 of heart rate (for example, but not limited to) as a function of time for illustrative purposes. In step 904 (FIG. 9A), the user heart rate data (or other health indicator data) and, optionally, corresponding (in time) other factor data are received and input into a personalized trained machine learning model. In some embodiments, the personalized trained model is trained on the user's individual health indicator data and, optionally, corresponding (in time) other data described herein. Thus, in step 906, the personalized trained machine learning model predicts normal heart rate data for that individual user under conditions of other factors, and in step 908, identifies deviations or anomalies in the user's health indicator data compared to what is predicted to be normal for that particular user. In some embodiments, the user's health indicator data is received from a wearable device worn by the user (e.g., Apple Watch, smart watch, FitBit®, etc.) or from another mobile device (e.g., tablet, computer, etc.) in communication with a sensor worn by the user (e.g., Polar® strap, PPG sensor, etc.), as described throughout the description of this specification.

損失は、ステップ908において、ユーザの測定されたデータがその特定のユーザに対して正常であると予測されるものと比べて異常であることをユーザに通知するかどうかを決定するのを補助するように定義され得る。損失は、予測が実際のまたは測定されたデータにどれだけ近いかをモデル化するように選択される。当業者であれば、損失を定義するやり方は多数あることを理解するであろう。本明細書において説明される、ここで等しく適用可能である、他の実施形態において、たとえば、予測された値と絶対値との間の差の絶対値|ΔP*|は損失の一形態である。いくつかの実施形態において、損失(L)はL=-ln[β(P)]としてよく、ここで、 Loss may be defined to aid in determining whether to notify the user in step 908 that the user's measured data is abnormal compared to what is predicted to be normal for that particular user. Loss is selected to model how close the prediction is to the actual or measured data. Those skilled in the art will appreciate that there are many ways to define loss. In other embodiments described herein, and equally applicable here, for example, the absolute value of the difference between the predicted value and the absolute value |ΔP * | is a form of loss. In some embodiments, Loss (L) may be L=-ln[β (P) ], where:

Figure 0007670483000038
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である。Lは、一般的に、予測されたデータが測定されたデータにどれだけ近いかの尺度である。この例では確率分布であるβ(P)は、0から1の範囲内であり、1は予測されたデータを意味し、測定されたデータは同じである。したがって、低損失は、いくつかの実施形態において、予測されたデータがおそらく測定されたデータと同じであるか、または近いことを示す。いくつかの実施形態において、Lに対する閾値が設定され、たとえば、L>5であり、ユーザは、その特定のユーザに対して予測されている値から外れた異常な状態が存在していることを通知される。この通知は、本明細書の別のところで説明されてように、多くの形態を取り得る。本明細書の別のところでも説明されるように、他の実施形態では一定期間にわたって損失の平均を取り、その平均を閾値と比較するものとしてよい。いくつかの実施形態において、本明細書の別のところでさらに詳しく説明されるように、閾値それ自体は、予測されたデータの統計的計算の関数であるか、または予測されたデータの平均であってよい。損失は、本明細書の別のところでより詳しく説明されており、簡潔にするため、ここでさらに説明することをしない。当業者であれば、入力および予測されたデータが一定時間期間にわたってスカラー値、またはデータのセグメントであり得ることも理解するであろう。たとえば、限定はしないが、システム設計者は、5分のデータセグメントに興味があるものとしてよく、時刻tの前のすべてのデータおよびt+5分のすべての他のデータを入力し、t+5分の健康指標データを予測し、t+5分のセグメントに対する測定された健康指標データとt+5分のセグメントに対する予測された健康指標データとの間の損失を決定する。 L is generally a measure of how close the predicted data is to the measured data. β (P) , which is a probability distribution in this example, ranges from 0 to 1, with 1 meaning the predicted and measured data are the same. Thus, low loss, in some embodiments, indicates that the predicted data is probably the same or close to the measured data. In some embodiments, a threshold is set for L, e.g., L>5, and the user is notified that there is an anomalous condition that deviates from what is expected for that particular user. This notification can take many forms, as described elsewhere herein. As also described elsewhere herein, other embodiments may average the loss over a period of time and compare the average to a threshold. In some embodiments, the threshold itself may be a function of a statistical calculation of the predicted data or may be an average of the predicted data, as described in more detail elsewhere herein. Loss is described in more detail elsewhere herein and will not be described further here for the sake of brevity. Those skilled in the art will also appreciate that the input and predicted data may be scalar values, or segments of data, over a period of time. For example, and not by way of limitation, a system designer may be interested in a 5 minute data segment, inputting all data prior to time t and all other data at t+5 minutes, predicting health index data at t+5 minutes, and determining the loss between the measured health index data for the t+5 minute segment and the predicted health index data for the t+5 minute segment.

ステップ908で、異常が存在しているかどうかを判定する。説明されるように、これは、損失で閾値を超えた場合に決定され得る。すでに説明されるように、閾値は、設計者の選択により、設計されているシステムの目的に基づき設定される。いくつかの実施形態において、閾値は、ユーザによって修正されてもよいが、この実施形態では好ましくはそうしなくてよい。異常が存在していない場合、このプロセスはステップ904で繰り返される。異常が存在している場合、ステップ910で、高忠実度測定、たとえば限定はしないが、ECGまたは血圧測定を取得するようユーザに通知するか、または警告する。ステップ912において、高忠実度データは、アルゴリズム、医療専門家、またはその両方によって分析され、正常または正常でないと説明され、正常でない場合、何らかの診断が下されてよく、たとえば、取得される高忠実度測定に応じてAFib、頻脈、徐脈、心房粗動、または高/低血圧である。分かりやすくするため、高忠実度データを記録する通知は、他の実施形態において、および上述の一般モデルを使用する特定の実施形態において、等しく適用可能であり、可能であることに留意されたい。高忠実度測定は、いくつかの実施形態において、ECGまたは血圧測定システムなどの、モバイル監視システムを使用するユーザによって直接取得されるものとしてよく、これはいくつかの実施形態においてウェアラブルデバイスと関連付けられ得る。あるいは、通知ステップ910は、高忠実度測定の自動取得を引き起こす。たとえば、ウェアラブルデバイスは、センサと(ハード配線により、またはワイヤレス通信を介して)通信し、ECGデータを取得し得るか、または血圧カフシステム(たとえば、ウェアラブルのリストバンドまたはアームバンドカフ)と通信して、血圧測定を自動的に取得し得るか、またはペースメーカーまたはECG電極などの埋め込み型デバイスと通信し得る。ECGを遠隔取得するためのシステムは、たとえば、AliveCor, Inc.によって提供され、そのようなシステムは(限定はしないが)2つ以上の場所でユーザと接触する1つまたは複数のセンサを備え、センサは有線もしくはワイヤレス方式のいずれかでモバイルコンピューティングデバイスに伝送される電気的心臓データを収集し、アプリが、アルゴリズム、医療専門家、またはその両方に
よって分析され得る、データからのECGストリップを生成する。あるいは、センサは、血圧モニタであってもよく、血圧データは、有線またはワイヤレス方式のいずれかで、モバイルコンピューティングデバイスに伝送される。ウェアラブルそれ自体が、健康指標データを測定する能力を備え、また任意選択で、上述のものに類似するECGセンサを備えるカフを有する血圧システムであってもよい。モバイルコンピューティングデバイスは、たとえば、限定はしないが、コンピュータタブレット(たとえば、iPad(登録商標))、スマートフォン(たとえば、iPhone(登録商標))、ウェアラブル(たとえば、Apple Watch(登録商標))、または医療施設内のデバイス(カートに装着され得る)であってよい。モバイルコンピューティングデバイスは、いくつかの実施形態において、ラップトップコンピュータまたは他の何らかのモバイルデバイスと通信しているコンピュータとすることも可能である。当業者であれば、ウェアラブルまたはスマートウォッチも、本明細書において説明される実施形態の文脈において提供される機能に関してモバイルコンピューティングデバイスとも考えられることを理解するであろう。ウェアラブルの場合、センサはウェアラブルのバンドに付けられてよく、センサがデータを、ワイヤレス方式でまたは有線により、コンピューティングデバイス/ウェアラブルに伝送し得るか、またはバンドは、血圧監視カフであってもよく、または前に説明したようにその両方であってもよい。携帯電話の場合、センサは、電話にアタッチされたパッドまたは電話から離れて場所にあってよく、パッドは電気的心臓信号を感知し、ワイヤレス方式または有線で、データをウェアラブルまたは他のモバイルコンピューティングデバイスに通信する。これらのシステムのうちのいくつかについてのより詳細な説明は、米国特許第9,420,956号、米国特許第9,572,499号、米国特許第9,351,654号、米国特許第9,247,911号、米国特許第9,254,095号、および米国特許第8,509,882号のうちの1つまたは複数、ならびに米国特許出願公開第2015/0018660号、米国特許出願公開第2015/0297134号、および米国特許出願公開第2015/0320328号のうちの1つまたは複数において示されており、これらはすべてすべての目的に関して全体が本明細書に組み込まれている。前に説明されるように、ステップ912で、高忠実度データを分析し、説明または診断を提供する。
At step 908, it is determined whether an abnormality exists. As will be explained, this may be determined if the loss exceeds a threshold. As already explained, the threshold is set based on the purpose of the system being designed, at the designer's choice. In some embodiments, the threshold may be modified by the user, but preferably not in this embodiment. If an abnormality does not exist, the process is repeated at step 904. If an abnormality exists, at step 910, the user is notified or alerted to obtain a high fidelity measurement, such as, but not limited to, an ECG or blood pressure measurement. At step 912, the high fidelity data is analyzed by an algorithm, a medical professional, or both, and described as normal or abnormal, and if not normal, some diagnosis may be made, such as AFib, tachycardia, bradycardia, atrial flutter, or hyper/hypotension, depending on the high fidelity measurement obtained. For clarity, it is noted that the notification to record high fidelity data is equally applicable and possible in other embodiments, and in certain embodiments using the general model described above. The high fidelity measurements may in some embodiments be directly acquired by the user using a mobile monitoring system, such as an ECG or blood pressure measurement system, which in some embodiments may be associated with a wearable device. Alternatively, the notification step 910 triggers automatic acquisition of the high fidelity measurements. For example, the wearable device may communicate with a sensor (either hard-wired or via wireless communication) to acquire ECG data, or with a blood pressure cuff system (e.g., a wearable wristband or armband cuff) to automatically acquire blood pressure measurements, or with an implanted device such as a pacemaker or ECG electrodes. Systems for remotely acquiring ECGs are provided, for example, by AliveCor, Inc., such systems include (but are not limited to) one or more sensors that contact the user at two or more locations, the sensors collect electrical cardiac data that is transmitted to a mobile computing device either in a wired or wireless manner, and an app generates an ECG strip from the data that can be analyzed by an algorithm, a medical professional, or both. Alternatively, the sensor may be a blood pressure monitor, and blood pressure data is transmitted to the mobile computing device either in a wired or wireless manner. The wearable itself may be a blood pressure system with the ability to measure health indicator data and optionally a cuff with an ECG sensor similar to that described above. The mobile computing device may be, for example, but not limited to, a computer tablet (e.g., iPad®), a smartphone (e.g., iPhone®), a wearable (e.g., Apple Watch®), or a device in a medical facility (which may be attached to a cart). The mobile computing device may be a computer in communication with a laptop computer or some other mobile device in some embodiments. Those skilled in the art will understand that a wearable or smart watch is also considered a mobile computing device with respect to the functionality provided in the context of the embodiments described herein. In the case of a wearable, the sensor may be attached to a band of the wearable, and the sensor may transmit data to the computing device/wearable wirelessly or by wire, or the band may be a blood pressure monitoring cuff, or both as previously described. In the case of a mobile phone, the sensor may be a pad attached to the phone or located remotely from the phone, which senses the electrical heart signal and communicates the data, wirelessly or by wire, to a wearable or other mobile computing device. More detailed descriptions of some of these systems are provided in one or more of U.S. Patent Nos. 9,420,956, 9,572,499, 9,351,654, 9,247,911, 9,254,095, and 8,509,882, as well as one or more of U.S. Patent Application Publication Nos. 2015/0018660, 2015/0297134, and 2015/0320328, all of which are incorporated herein in their entirety for all purposes. As previously described, in step 912, the high fidelity data is analyzed to provide an explanation or diagnosis.

ステップ914において、高忠実度測定の診断または分類は、コンピューティングシステムによって受信され、このシステムはいくつかの実施形態において、ユーザの心拍数データ(または他の健康指標データ)を収集するために使用されるモバイルもしくはウェアラブルコンピューティングシステムであってよく、ステップ916において、低忠実度健康指標データ系列(この例では心拍数データ)は、診断のラベルを付けられる。ステップ918において、ラベル付けされたユーザの低忠実度データ系列は、高忠実度機械学習モデルを訓練するために使用され、任意選択で、他の要因データ系列も、モデルを訓練するために提供される。訓練済み高忠実度機械学習モデルは、いくつかの実施形態において、測定された低忠実度健康指標データ系列(たとえば、心拍数データまたはPPGデータ)および任意選択で、他の要因データを受け取り、ユーザが高忠実度データを使用して典型的に診断または検出される事象を経験しているときの確率を与えるか、または予測するか、または診断するか、または検出する能力を有する。訓練済み高忠実度機械学習モデルは、高忠実度データの診断でラベル付けされたユーザの健康診断データ(および任意選択で、他の要因データ)上ですでに訓練されているのでこれを行うことができる。したがって、訓練済みモデルは、測定された低忠実度健康指標入力データ系列、たとえば、心拍数またはppgデータ(および任意選択で、他の要因データ)だけに基づきユーザがラベルの1つまたは複数に関連付けられている事象(たとえば、Afib、高血圧など)をいつ有しているかを予測する能力を有する。当業者であれば理解するように、高忠実度モデルの訓練が、ユーザのモバイルデバイス上で行われるか、ユーザのモバイルデバイスから離れて行われるか、これら2つの組合せで行われるか、または分散ネットワーク内で行われ得る。たとえば、限定はしないが、ユーザの健康指標データは、クラウドシステムに記憶することも可能であり、このデータは、ステップ914からの診断を使用してクラウド内でラベル付けすることができる。当業者であれば、この情報を記憶し、ラベル付けし、アクセスするやり方および仕方はいくらでもあることを容易に理解するであろう。あるいは、大域的訓練済み高忠実度モデルが使用されることも可能であり、これは、高忠実度測定で典型的には診断されるか、または検出されるこれらの病状を経験している人々の集団からのラベル付けされた訓練例上で訓練される。これらの大域的訓練例は、高忠実度測定を使用して診断された病状でラベル付けされた低忠実度データ系列(たとえば、心拍数)を提供する(たとえば、医療専門家またはアルゴリズムによってECGから呼び出されるAfib)。 In step 914, the diagnosis or classification of the high fidelity measurement is received by a computing system, which in some embodiments may be a mobile or wearable computing system used to collect the user's heart rate data (or other health indicator data), and in step 916, the low fidelity health indicator data series (heart rate data in this example) is labeled with a diagnosis. In step 918, the labeled user's low fidelity data series is used to train a high fidelity machine learning model, and optionally, other factor data series are also provided to train the model. The trained high fidelity machine learning model, in some embodiments, has the ability to receive the measured low fidelity health indicator data series (e.g., heart rate data or PPG data) and optionally other factor data, and provide a probability or predict, diagnose, or detect when the user is experiencing an event that is typically diagnosed or detected using high fidelity data. The trained high fidelity machine learning model is able to do this because it has already been trained on the user's health diagnosis data (and optionally other factor data) labeled with a diagnosis in the high fidelity data. Thus, the trained model has the ability to predict when a user has an event (e.g., Afib, high blood pressure, etc.) associated with one or more of the labels based solely on the measured low fidelity health indicator input data series, e.g., heart rate or ppg data (and optionally other factor data). As one skilled in the art will appreciate, the training of the high fidelity model may be performed on the user's mobile device, away from the user's mobile device, a combination of the two, or in a distributed network. For example, but not limited to, the user's health indicator data may be stored in a cloud system, and this data may be labeled in the cloud using the diagnosis from step 914. One skilled in the art will readily appreciate that there are any number of ways and manners to store, label, and access this information. Alternatively, a globally trained high fidelity model may be used, which is trained on labeled training examples from a population of people experiencing these conditions that are typically diagnosed or detected with high fidelity measurements. These global training examples provide low-fidelity data series (e.g., heart rate) that are labeled with a medical condition diagnosed using a high-fidelity measurement (e.g., Afib, called from an ECG by a medical professional or an algorithm).

次に図9Bを参照すると、プロット902は、時間の関数としてプロットされた心拍数の概略を示している。ユーザの正常な心拍数データからの逸脱920は、時刻t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8において発生した。上述の、正常とは、この特定のユーザに対する予測されたデータが測定されたデータの閾値範囲内にあったことを意味し、逸脱は閾値を外れている。正常からの逸脱では、いくつかの実施形態は、ユーザに、より確定的なまたはより高忠実度の読み取り、たとえば、限定はしないが、ECG1、ECG2、ECG3、ECG4、ECG5、ECG6、ECG7、ECG8と識別されている、ECG読み取りを取得することを促す。上述のように、高忠実度読み取りは、自動的に取得されることが可能であり、ユーザはそれを取得してよく、これはECG以外のもの、たとえば、血圧とすることも可能である。高忠実度読み取りは、アルゴリズム、医療専門家、またはその両方によって分析され、高忠実度データを正常/異常と識別し、異常、たとえば、限定はしないが、AFibをさらに識別/診断する。この情報は、ユーザの順序付けされたデータにおける異常920の点において健康指標データ(たとえば、心拍数またはPPGデータ)をラベル付けするために使用される。 9B, plot 902 shows an outline of heart rate plotted as a function of time. Deviations 920 from the user's normal heart rate data occurred at times t1 , t2 , t3 , t4 , t5 , t6 , t7 , t8 . Normal, as mentioned above, means that the expected data for this particular user was within a threshold range of the measured data, and deviations are outside the threshold. With deviations from normal, some embodiments prompt the user to obtain a more definitive or higher fidelity reading, for example, an ECG reading, identified as, but not limited to, ECG1 , ECG2 , ECG3 , ECG4 , ECG5 , ECG6 , ECG7 , ECG8 . As mentioned above, the higher fidelity reading can be obtained automatically or the user can obtain it, which can be something other than an ECG, for example, blood pressure. The high fidelity readings are analyzed by an algorithm, a medical professional, or both to identify the high fidelity data as normal/abnormal and further identify/diagnose the abnormality, for example, but not limited to, AFib. This information is used to label health indicator data (e.g., heart rate or PPG data) at the point of the abnormality 920 in the user's ordered data.

高忠実度データと低忠実度データとの間の区別は、高忠実度データまたは測定は典型的には決定、検出、または診断を行うために使用されるが、低忠実度データはそのようなものに対しては容易に使用することができないという点である。たとえば、ECG走査は、不整脈を識別するか、検出するか、または診断するために使用され得るが、心拍数またはPPGデータでは、典型的にはこのようなことを行えない。当業者であれば理解するように、機械学習アルゴリズム(たとえば、ベイズ、マルコフ、ガウス過程、クラスタ化アルゴリズム、生成モデル、カーネル、およびニューラルネットワークアルゴリズム)に関係する本明細書の説明は、本明細書において説明されるすべての実施形態に等しく適用される。 The distinction between high-fidelity and low-fidelity data is that high-fidelity data or measurements are typically used to make decisions, detections, or diagnoses, whereas low-fidelity data cannot be readily used for such. For example, an ECG scan may be used to identify, detect, or diagnose arrhythmias, whereas heart rate or PPG data typically cannot. As one skilled in the art will appreciate, the discussion herein relating to machine learning algorithms (e.g., Bayesian, Markov, Gaussian process, clustering algorithms, generative models, kernels, and neural network algorithms) applies equally to all embodiments described herein.

いくつかの状況において、ユーザは、問題が存在し得るにもかかわらず無症状であり、症状が出ている場合であっても、診断または検出を行うのに必要な高忠実度測定を取得することが実用的でないことがある。たとえば、限定はしないが、不整脈、特にAFは出現しないこともあり得、たとえ症状が出たときでも、その時点にECGを記録することは非常に困難であり、高価でかさばる、ときには侵襲的な監視デバイスがなしでは、ユーザを連続的に監視することは途方もなく困難である。本明細書の別のところで説明されるように、AFが少なくともほかにも重大な病状があるがとりわけ脳卒中の原因因子であり得るのでユーザがAFをいつ経験するかを理解することは重要である。同様に、別のところで説明されるように、AF負担は、類似の重要性を有し得る。いくつかの実施形態では、任意選択の他の要因データとともに心拍数またはppgなどの低忠実度健康指標データの連続的監視のみを使用して不整脈(たとえば、AF)または他の重大な病状の連続的監視を可能にする。 In some circumstances, a user may be asymptomatic even though a problem may exist, and even if symptomatic, it may be impractical to obtain the high fidelity measurements necessary to make a diagnosis or detection. For example, but not limited to, arrhythmias, particularly AF, may not be present, and even when symptoms do occur, it is very difficult to record an ECG at that time, and it is extremely difficult to continuously monitor the user without expensive, bulky, and sometimes invasive monitoring devices. As described elsewhere herein, it is important to understand when a user experiences AF, since AF may be a causative factor in stroke, among other significant medical conditions, at least. Similarly, as described elsewhere, AF burden may have similar importance. Some embodiments enable continuous monitoring of arrhythmias (e.g., AF) or other significant medical conditions using only continuous monitoring of low fidelity health indicator data, such as heart rate or ppg, along with optional other contributing data.

図10は、健康監視システムおよび方法のいくつかの実施形態による方法1000を示している。ステップ1002で、測定された、または実際のユーザ低忠実度健康指標データ(たとえば、ウェアラブル上のセンサからの心拍数またはPPGデータ)を受け取り、任意選択で、本明細書において説明される健康指標データに影響を及ぼし得る、対応する(時間的に)他の要因データを受け取る。本明細書の別のところで説明されるように、低忠実度健康指標データは、スマートウォッチ、他のウェアラブル、またはコンピュータタブレットなどの、モバイルコンピューティングデバイスによって測定され得る。ステップ1004において、ユーザの低忠実度健康指標データ(および任意選択で、他の要因データ)は、訓練済み高忠実度機械学習モデルに入力され、ステップ1006において、測定された低忠実度健康指標データ(および任意選択で、対応する(時間的に)他の要因データ)に基づきユーザに対する予測された識別または診断を出力する。ステップ1008で、その識別または診断が正常であるかどうかを問い、もしyesならば、プロセスはもう一度やり直す。その識別または診断が正常でない場合、ステップ1010で、ユーザに、問題があること、または検出を通知する。任意選択で、システム、方法、またはプラットフォームは、ユーザ、家族、友人、医療専門家、救急隊911、または同様のものの任意の組合せに通知するようにセットアップされ得る。これらの人々のうちの誰が通知されるかは、識別、検出、または診断に依存し得る。識別、検出、または診断が命にかかわる場合、特定の人々に連絡するか、または通知するものとしてよく、診断が命にかかわらない場合には通知され得ない。それに加えて、いくつかの実施形態において、測定された健康指標データ系列は、訓練済み高忠実度機械学習モデルに入力され、ユーザが異常な事象を経験している時間の長さ(たとえば、予測された異常な事象の開始から終了までの間の差)が計算され、それにより、ユーザに対する異常負担をより深く理解できるようにする。特に、AF負担は、脳卒中および他の重大な病状を予防する際に理解することが極めて重要であり得る。したがって、いくつかの実施形態は、低忠実度健康要因データおよび任意選択で、他の要因データを取得することのみができるモバイルコンピューティングデバイス、ウェアラブルコンピューティングデバイス、または他の携帯型デバイスにより異常な事象の連続的監視を可能にする。 FIG. 10 illustrates a method 1000 according to some embodiments of health monitoring systems and methods. In step 1002, measured or actual user low-fidelity health indicator data (e.g., heart rate or PPG data from a sensor on a wearable) is received, and optionally corresponding (in time) other factor data that may affect the health indicator data described herein. As described elsewhere herein, the low-fidelity health indicator data may be measured by a mobile computing device, such as a smart watch, other wearable, or computer tablet. In step 1004, the user's low-fidelity health indicator data (and optionally other factor data) are input into a trained high-fidelity machine learning model, which in step 1006 outputs a predicted identification or diagnosis for the user based on the measured low-fidelity health indicator data (and optionally corresponding (in time) other factor data). In step 1008, it is asked whether the identification or diagnosis is normal, and if yes, the process starts over again. If the identification or diagnosis is not normal, the user is notified of the problem or detection at step 1010. Optionally, the system, method, or platform may be set up to notify any combination of the user, family, friends, medical professionals, emergency services 911, or the like. Who of these people is notified may depend on the identification, detection, or diagnosis. If the identification, detection, or diagnosis is life-threatening, certain people may be contacted or notified, and if the diagnosis is not life-threatening, they may not be notified. In addition, in some embodiments, the measured health indicator data series is input into a trained high-fidelity machine learning model to calculate the length of time the user is experiencing an abnormal event (e.g., the difference between the start and end of a predicted abnormal event), thereby allowing a deeper understanding of the abnormal burden on the user. In particular, AF burden may be crucial to understand in preventing strokes and other serious medical conditions. Thus, some embodiments enable continuous monitoring of abnormal events by mobile, wearable, or other portable computing devices that are only capable of acquiring low fidelity health factor data and, optionally, other factor data.

図11は、本明細書で説明されるいくつかの実施形態による、高忠実度出力予測または検出を生成するために低忠実度データに基づき分析された例示的なデータ1100を示す。心房細動の検出を参照しつつ説明されるが、類似のデータは、低忠実度測定に基づき高忠実度診断の追加の予測のために生成され得る。第1のチャート1110は、ユーザに対する経時的な心拍数計算を示している。心拍数は、PPGデータまたは他の心拍数センサに基づき決定され得る。第2のチャート1120は、同じ時間期間におけるユーザに対する活動データを示す。たとえば、活動データは、ステップカウント、またはユーザの移動の他の測定に基づき決定され得る。第3のチャート1130は、機械学習モデルから出力される分類器および通知がいつ生成されるかについての水平閾値を示す。機械学習モデルは、低忠実度測定の入力に基づき予測を生成し得る。たとえば、第1のチャート1110および第2のチャート1120におけるデータは、上でさらに説明されるように機械学習システムによって分析され得る。機械学習システムの分析結果は、チャート1130に示されている心房細動確率として提供され得る。確率が、この場合に信頼度0.6を超えるものとして示されている閾値を超えるときに、健康監視システムは、ユーザ、医師、またはユーザに関連する他のユーザに対する通知または他の警告をトリガーすることができる。 FIG. 11 illustrates example data 1100 analyzed based on low fidelity data to generate a high fidelity output prediction or detection, according to some embodiments described herein. Although described with reference to detection of atrial fibrillation, similar data may be generated for additional prediction of a high fidelity diagnosis based on low fidelity measurements. A first chart 1110 illustrates a heart rate calculation over time for a user. The heart rate may be determined based on PPG data or other heart rate sensors. A second chart 1120 illustrates activity data for the user for the same time period. For example, the activity data may be determined based on step counts or other measurements of the user's movement. A third chart 1130 illustrates classifiers output from a machine learning model and horizontal thresholds for when a notification is generated. The machine learning model may generate a prediction based on the input of the low fidelity measurements. For example, the data in the first chart 1110 and the second chart 1120 may be analyzed by a machine learning system as further described above. The analysis result of the machine learning system may be provided as an atrial fibrillation probability, shown in chart 1130. When the probability exceeds a threshold, shown in this case as greater than 0.6 confidence, the health monitoring system can trigger a notification or other alert to the user, a physician, or others associated with the user.

いくつかの実施形態において、チャート1110および1120におけるデータは、機械学習システムに連続的測定として提供され得る。たとえば、心拍数および活動レベルは、正確な測定を行うように5秒おきに測定として生成され得る。次いで、複数の測定による時間のセグメントが機械学習モデルに入力され得る。たとえば、データの前の時間は、機械学習モデルへの入力として使用することができる。いくつかの実施形態において、1時間ではなくむしろ時間のより短いまたはより長い期間が提供されてよい。図11に示すように、出力チャート1130は、ユーザが異常な健康事象を受けている時間の期間の指示を提供する。たとえば、予測が特定の信頼水準で行われるときの期間は、心房細動を決定するために健康監視システムによって使用され得る。この値は、測定時間期間中のユーザに対する心房細動負担を決定するために使用できる。 In some embodiments, the data in charts 1110 and 1120 may be provided to the machine learning system as continuous measurements. For example, heart rate and activity level may be generated as measurements every 5 seconds to provide accurate measurements. Segments of time with multiple measurements may then be input to the machine learning model. For example, previous hours of data may be used as input to the machine learning model. In some embodiments, shorter or longer periods of time may be provided rather than one hour. As shown in FIG. 11, the output chart 1130 provides an indication of the period of time that the user is experiencing an abnormal health event. For example, the period when a prediction is made with a particular confidence level may be used by the health monitoring system to determine atrial fibrillation. This value may be used to determine the atrial fibrillation burden on the user during the measurement time period.

いくつかの実施形態において、チャート1130における予測された出力を生成するための機械学習モデルは、ラベル付けされたユーザデータに基づき訓練され得る。たとえば、ラベル付けされたユーザデータは、低忠実度データ(たとえば、PPG、心拍数)および他のデータ(たとえば、活動レベルまたはステップ)も利用可能である時の時間期間に取られる高忠実度データ(ECG読み取りなど)に基づき提供され得る。いくつかの実施形態において、機械学習モデルは、先行する時間期間において心房細動があった可能性が高いかを決定するように設計される。たとえば、機械学習モデルは、入力として1時間分の低忠実度データを取り、事象があった確率を提供するものとしてよい。したがって、訓練データは、個人の集団に対する数時間分の記録されたデータを含み得る。データは、高忠実度データに基づき病状が診断されたときに健康事象ラベル付け時間であり得る。したがって、高忠実度データに基づく健康事象ラベル付け時間があった場合に、機械学習モデルは、未訓練機械学習モデルに入力されるその事象を伴う低忠実度データの任意の1時間分のウィンドウが健康事象の予測を提供すべきであると決定し得る。次いで、未訓練機械学習モデルは、予測とそのラベルとの比較に基づき更新することができる。何回もの反復で繰り返し、機械学習モデルが収束したと決定した後、これは、低忠実度データに基づきユーザの心房細動を監視するために健康監視システムによって使用され得る。様々な実施形態において、心房細動以外の病状が、低忠実度データを使用して検出され得る。 In some embodiments, the machine learning model for generating the predicted output in the chart 1130 may be trained based on the labeled user data. For example, the labeled user data may be provided based on high fidelity data (such as ECG readings) taken during a time period when low fidelity data (e.g., PPG, heart rate) and other data (e.g., activity level or steps) are also available. In some embodiments, the machine learning model is designed to determine whether there is a high probability that there was atrial fibrillation during a preceding time period. For example, the machine learning model may take an hour's worth of low fidelity data as input and provide a probability that there was an event. Thus, the training data may include several hours' worth of recorded data for a population of individuals. The data may be a health event labeling time when a medical condition was diagnosed based on the high fidelity data. Thus, if there was a health event labeling time based on the high fidelity data, the machine learning model may determine that any hour's worth of window of low fidelity data with that event input to the untrained machine learning model should provide a prediction of the health event. The untrained machine learning model may then be updated based on a comparison of the prediction to its label. After iterating over multiple iterations and determining that the machine learning model has converged, it can be used by the health monitoring system to monitor the user for atrial fibrillation based on the low-fidelity data. In various embodiments, medical conditions other than atrial fibrillation can be detected using the low-fidelity data.

図12は、本明細書で説明される方法のうちの1つまたは複数を機械に実行させるために、命令セットが実行され得るコンピュータシステム1200の例示的な形態における機械の図式的表現を示している。他の実施形態において、機械は、ローカルエリアネットワーク(LAN)、イントラネット、エクストラネット、またはインターネットにおいて他の機械に(たとえば、ネットワーク)接続され得る。機械は、クライアントサーバーネットワーク環境内のサーバまたはクライアントマシンの能力内で、またはピアツーピア(または分散)ネットワーク環境内のピアマシンとして動作し得る。機械は、パーソナルコンピュータ(PC)、タブレットPC、セットトップボックス(STB)、携帯情報端末(PDA)、携帯電話、ウェブアプライアンス、サーバ、ネットワークルータ、スイッチもしくはブリッジ、ハブ、アクセスポイント、ネットワークアクセス制御デバイス、またはその機械によって実行されるアクションを指定する命令セット(順次または他の方法で)実行することができる機械であってよい。さらに、単一の機械のみが図示されているが、「機械」または「マシン」という用語は、本明細書で説明される方法のうちの1つまたは複数を実行するために命令セット(または複数の命令セット)を個別に、または連携して実行する機械またはマシンの集合体を含むと解釈されるものとする。一実施形態において、コンピュータシステム1200は、本明細書において説明される健康監視を実行するように構成されているサーバ、モバイルコンピューティングデバイス、ウェアラブル、または同様のものを表すものとしてよい。 12 illustrates a diagrammatic representation of a machine in the exemplary form of a computer system 1200 on which a set of instructions may be executed to cause the machine to perform one or more of the methods described herein. In other embodiments, the machine may be connected (e.g., networked) to other machines in a local area network (LAN), an intranet, an extranet, or the Internet. The machine may operate in the capacity of a server or client machine in a client-server network environment, or as a peer machine in a peer-to-peer (or distributed) network environment. The machine may be a personal computer (PC), a tablet PC, a set-top box (STB), a personal digital assistant (PDA), a mobile phone, a web appliance, a server, a network router, a switch or bridge, a hub, an access point, a network access control device, or a machine capable of executing a set of instructions (sequentially or otherwise) that specify actions to be performed by the machine. Furthermore, although only a single machine is illustrated, the term "machine" or "machine" shall be construed to include a machine or a collection of machines that individually or in conjunction execute a set of instructions (or multiple sets of instructions) to perform one or more of the methods described herein. In one embodiment, computer system 1200 may represent a server, mobile computing device, wearable, or the like configured to perform the health monitoring described herein.

例示的なコンピュータシステム1200は、処理デバイス1202、メインメモリ1204(たとえば、リードオンリーメモリ(ROM)、フラッシュメモリ、ダイナミックランダムアクセスメモリ(DRAM))、スタティックメモリ1206(たとえば、フラッシュメモリ、スタティックランダムアクセスメモリ(SRAM)、など)、およびデータストレージデバイス1218を備え、これらはバス1230を介して互いに通信する。本明細書において説明される様々なバス上で提供される信号はどれも、他の信号と時分割され、1つまたは複数の共通バス上で提供され得る。それに加えて、回路コンポーネントまたはブロック間の相互接続は、バスとして、または単一の信号線として示され得る。これらのバスは各々、あるいは、1つまたは複数の単一信号線であってよく、単一信号線の各々は、あるいはバスであってよい。 The exemplary computer system 1200 includes a processing device 1202, a main memory 1204 (e.g., read-only memory (ROM), flash memory, dynamic random access memory (DRAM)), a static memory 1206 (e.g., flash memory, static random access memory (SRAM), etc.), and a data storage device 1218, which communicate with each other via a bus 1230. Any of the signals provided on the various buses described herein may be time-shared with other signals and provided on one or more common buses. In addition, the interconnections between circuit components or blocks may be depicted as buses or as single signal lines. Each of these buses may alternatively be one or more single signal lines, and each of the single signal lines may alternatively be a bus.

処理デバイス1202は、マクロプロセッサ、中央演算処理装置、または同様のものなどの1つまたは複数の汎用処理デバイスを表す。より具体的には、処理デバイスは、Complex Instruction Set Computing(CISC)マイクロプロセッサ、Reduced Instruction Set Computing(RISC)マイクロプロセッサ、Very Long Instruction Word(VLIW)マイクロプロセッサ、または他の命令セットを実装するプロセッサもしくは命令セットの組合せを実装するプロセッサであってよい。処理デバイス1202は、特定用途向け集積回路(ASIC)、フィールドプログラマブルゲートアレイ(FPGA)、デジタルシグナルプロセッサ(DSP)、ネットワークプロセッサ、または同様のものなどの1つまたは複数の専用処理デバイスであってもよい。処理デバイス1202は、処理ロジック1226を実行するように構成され、これは本明細書で説明される動作およびステップを実行するための健康モニタ1250および関係するシステムの一例であるものとしてよい。 Processing device 1202 represents one or more general-purpose processing devices, such as a microprocessor, a central processing unit, or the like. More specifically, the processing device may be a Complex Instruction Set Computing (CISC) microprocessor, a Reduced Instruction Set Computing (RISC) microprocessor, a Very Long Instruction Word (VLIW) microprocessor, or a processor implementing other instruction sets or a combination of instruction sets. Processing device 1202 may also be one or more special-purpose processing devices, such as an application specific integrated circuit (ASIC), a field programmable gate array (FPGA), a digital signal processor (DSP), a network processor, or the like. Processing device 1202 is configured to execute processing logic 1226, which may be an example of health monitor 1250 and related systems for performing the operations and steps described herein.

データストレージデバイス1218は、機械可読記憶媒体1228を備えるものとしてよく、この媒体には本明細書で説明される機能の方法のうちの任意の1つまたは複数を具現化する1つまたは複数の命令セット1222(たとえば、ソフトウェア)が記憶され、これは処理デバイス1202に、本明細書において説明される健康モニタ1250および関係するプロセスを実行させる命令を含む。命令1222は、コンピュータシステム1200による実行中に完全にまたは少なくとも部分的にメインメモリ1204または処理デバイス1202内にも常駐するものとしてよく、メインメモリ1204および処理デバイス1202も機械可読記憶媒体を構成する。命令1222は、ネットワークインターフェースデバイス1208を介してネットワーク1220上でさらに伝送されるかまたは受信され得る。 The data storage device 1218 may include a machine-readable storage medium 1228 having stored thereon one or more sets of instructions 1222 (e.g., software) embodying any one or more of the methods of functionality described herein, including instructions that cause the processing device 1202 to execute the health monitor 1250 and related processes described herein. The instructions 1222 may also reside, completely or at least partially, within the main memory 1204 or the processing device 1202 during execution by the computer system 1200, with the main memory 1204 and the processing device 1202 also constituting machine-readable storage media. The instructions 1222 may be further transmitted or received over the network 1220 via the network interface device 1208.

機械可読記憶媒体1228は、本明細書において説明されるように、ユーザ健康を監視するための方法を実行する命令を記憶するためにも使用され得る。機械可読記憶媒体1228は、単一の媒体であるものとして例示的な実施形態において示されているが、「機械可読記憶媒体」という語は、1つまたは複数の命令セットを記憶する単一の媒体または複数の媒体(たとえば、集中もしくは分散データベース、または関連するキャッシュおよびサーバ)を含むものとして解釈されるべきである。機械可読媒体は、機械(たとえば、コンピュータ)によって読み込むことが可能な形式(たとえば、ソフトウェア、処理アプリケーション)で情報を記憶するためのメカニズムを備える。機械可読媒体は、限定はしないが、磁気記憶媒体(たとえば、フロッピーディスケット)、光記憶媒体(たとえば、CD-ROM)、光磁気記憶媒体、リードオンリーメモリ(ROM)、ランダムアクセスメモリ(RAM)、消去可能プログラム可能メモリ(たとえば、EPROMおよびEEPROM)、フラッシュメモリ、または電子的命令を記憶するのに適している別の種類の媒体を含み得る。 The machine-readable storage medium 1228 may also be used to store instructions for performing methods for monitoring user health as described herein. Although the machine-readable storage medium 1228 is shown in the exemplary embodiment as being a single medium, the term "machine-readable storage medium" should be interpreted to include a single medium or multiple media (e.g., a centralized or distributed database, or associated caches and servers) that store one or more sets of instructions. A machine-readable medium comprises a mechanism for storing information in a form (e.g., software, processing application) that can be read by a machine (e.g., a computer). A machine-readable medium may include, but is not limited to, magnetic storage media (e.g., floppy diskettes), optical storage media (e.g., CD-ROM), magneto-optical storage media, read-only memory (ROM), random access memory (RAM), erasable programmable memory (e.g., EPROM and EEPROM), flash memory, or another type of medium suitable for storing electronic instructions.

前述の説明では、本開示のいくつかの実施形態をよく理解できるように、特定のシステム、コンポーネント、方法、などの例などの多数の具体的詳細を述べている。しかしながら、当業者には、本開示の少なくともいくつかの実施形態がこれらの具体的詳細がなくても実施され得ることは明らかであろう。他の事例において、よく知られているコンポーネントまたは方法は、本開示をいたずらにわかりにくくしないために、詳しく説明されていないか、または単純なブロック図形式で提示されている。したがって、述べられている具体的詳細は、例示的なものにすぎない。特定の実施形態は、これらの例示的な詳細と異なることがあり、それでも、本開示の範囲内にあることが企図される。 The foregoing description sets forth numerous specific details, such as examples of particular systems, components, methods, and the like, to provide a thorough understanding of some embodiments of the present disclosure. However, it will be apparent to one of ordinary skill in the art that at least some embodiments of the present disclosure may be practiced without these specific details. In other instances, well-known components or methods have not been described in detail or have been presented in simple block diagram form in order not to unnecessarily obscure the present disclosure. Thus, the specific details set forth are merely illustrative. It is contemplated that particular embodiments may vary from these illustrative details and still be within the scope of the present disclosure.

それに加えて、いくつかの実施形態は、機械可読媒体が複数コンピュータシステムに記憶される分散コンピューティング環境で実施され、および/または複数のコンピュータによって実行され得る。それに加えて、コンピュータシステム間で転送される情報は、コンピュータシステムを接続する通信媒体上でプルまたはプッシュのいずれかがなされ得る。 In addition, some embodiments may be implemented in a distributed computing environment in which the machine-readable medium is stored on multiple computer systems and/or executed by multiple computers. In addition, information transferred between computer systems may be either pulled or pushed over the communications medium connecting the computer systems.

請求されている主題の実施形態は、限定はしないが、本明細書において説明される様々な動作を含む。これらの動作は、ハードウェアコンポーネント、ソフトウェア、ファームウェア、またはこれらの組合せによって実行されるものとしてよい。 Embodiments of the claimed subject matter include, but are not limited to, the various operations described herein. These operations may be performed by hardware components, software, firmware, or combinations thereof.

本明細書の方法の動作が特定の順序で図示され、説明されるけれども、各方法の動作の順序は、いくつかの動作が逆順に実行され得るように、またはいくつかの動作が少なくとも一部は他の動作と同時に実行され得るように変更されてよい。別の実施形態では、異なる動作の命令また下位動作は、間欠的にまたは交互になされるものであってもよい。 Although the method operations herein are illustrated and described in a particular order, the order of the operations of each method may be changed such that some operations may be performed in reverse order or some operations may be performed at least in part simultaneously with other operations. In alternative embodiments, the orders or sub-operations of different operations may be intermittent or alternating.

要約書で説明される内容を含む、本発明の例示されている実装形態の上記の説明は、網羅的であること、または本発明を開示されている正確な形態に制限することを意図されていない。本発明の特定の実装形態、および本発明のための例は、例示することを目的として本明細書において説明されるが、様々な均等の修正形態も、当業者が認識するように、本発明の範囲内で可能である。「例」または「例示的な」という語は、本明細書では、一例、事例、または例示として使用することを意味するために使用される。「例」または「例示的」として本明細書に記載されたあらゆる態様または設計は必ずしも、他の態様または設計より好ましいまたはこれを凌ぐものであるとして解釈されるべきではない。むしろ、「例」または「例示的」という語の使用は、概念を具体的に示すことが意図されている。本出願において用いられる「または」または「もしくは」という語は、排他的な「または」または「もしくは」ではなく包含的な「または」または「もしくは」を意味することが意図されている。つまり、断りのない限り、または文脈から明らかでない限り、「XはAまたはBを含む」は、自然な包含的置換を意味することが意図されている。つまり、XがAを含むか、またはXがBを含むか、またはXがAとBの両方を含む場合、「XはAまたはBを含む」は、前記事例の下で充足される。それに加えて、英語による本出願および付属の請求項において使用される「a」および「an」という冠詞は、一般的に、特に断りのない限り、または単数形であることが文脈上明らかでない限り、「1つまたは複数」を意味するものと解釈されるべきである。さらに、「実施形態」または「一実施形態」または「実装形態」または「一実装形態」という語の全体を通しての使用は、そのようなものとして記述されていない限り同じ実施形態または実装形態を意味することは意図されていない。さらに、本明細書において用いられる「第1の」、「第2の」、「第3の」、「第4の」、などの語は、異なる要素を区別するためのラベルであることを意図されており、必ずしもその数字表示による序数的な意味を有しないことがある。 The above description of the illustrated implementations of the invention, including the contents described in the Abstract, is not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. Specific implementations of, and examples for, the invention are described herein for illustrative purposes, although various equivalent modifications are possible within the scope of the invention, as those skilled in the art will recognize. The term "example" or "exemplary" is used herein to mean serving as an example, instance, or illustration. Any aspect or design described herein as "example" or "exemplary" should not necessarily be construed as being preferred or superior to other aspects or designs. Rather, the use of the term "example" or "exemplary" is intended to illustrate a concept. The term "or" or "or" as used in this application is intended to mean inclusive "or" or "or" rather than exclusive "or" or "or". That is, unless otherwise noted or clear from the context, "X includes A or B" is intended to mean a natural inclusive permutation. That is, if X contains A, or X contains B, or X contains both A and B, then "X contains A or B" is satisfied under said cases. In addition, the articles "a" and "an" used in this application and the appended claims in English should generally be construed to mean "one or more" unless otherwise noted or unless the singular form is clear from the context. Furthermore, the use of the words "embodiment" or "one embodiment" or "implementation" or "one implementation" throughout is not intended to refer to the same embodiment or implementation unless described as such. Furthermore, the words "first", "second", "third", "fourth", etc., used herein are intended to be labels to distinguish different elements and may not necessarily have an ordinal meaning according to their numerical designations.

上で開示されている、および他の特徴ならびに機能の変更形態、またはその他の形態は、他の異なるシステムもしくはアプリケーションに組み合わせられ得ることは理解されるであろう。様々な現在予見されないか、または予期されない他の形態、修正形態、変更形態、その改善は、その後、次の請求項によって包含されることも意図されている当技術分野の当業者によって形成されてよい。請求項は、ハードウェア、ソフトウェア、またはこれらの組合せの実施形態を包含し得る。
上述の実施形態に加えて、本開示は、限定することなく、次の例示的な実装形態を含む。
It will be understood that variations or other forms of the above-disclosed and other features and functions may be combined into other different systems or applications. Various presently unforeseen or unanticipated other forms, modifications, alterations, improvements thereon may be made by those skilled in the art that are also intended to be encompassed by the following claims. The claims may encompass hardware, software, or combinations thereof.
In addition to the embodiments described above, the present disclosure includes, without limitation, the following exemplary implementations.

いくつかの例示的な実装形態は、ユーザの心臓健康状態を監視する方法を提供する。この方法は、第1の時刻においてユーザの測定された健康指標データおよび他の要因データを受け取ることと、処理デバイスにより、健康指標データおよび他の要因データを機械学習モデルに入力することであって、機械学習モデルは次の時間ステップで予測された健康指標データを生成する、入力することと、次の時間ステップでユーザのデータを受け取ることと、処理デバイスにより、次の時間ステップで損失を決定することであって、損失は、次の時間ステップでの予測された健康指標データと次の時間ステップでのユーザの測定された健康指標データとの間の尺度である、決定することと、損失が閾値を超えたことを決定することと、損失が閾値を超えたことを決定したことに応答して、ユーザに通知を出力することとを含むことができる。 Some example implementations provide a method for monitoring a user's cardiac health. The method may include receiving measured health index data and other factor data of the user at a first time; inputting, by a processing device, the health index data and other factor data into a machine learning model, where the machine learning model generates predicted health index data at a next time step; receiving the user's data at the next time step; determining, by the processing device, a loss at the next time step, where the loss is a measure between the predicted health index data at the next time step and the user's measured health index data at the next time step; determining that the loss exceeds a threshold; and outputting a notification to the user in response to determining that the loss exceeds the threshold.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、訓練済み生成ニューラルネットワークである。任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、フィードフォワードネットワークである。任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、RNNである。任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、CNNである。 In some exemplary implementations of the method of any exemplary implementation, the trained machine learning model is a trained generative neural network. In some exemplary implementations of the method of any exemplary implementation, the trained machine learning model is a feedforward network. In some exemplary implementations of the method of any exemplary implementation, the trained machine learning model is an RNN. In some exemplary implementations of the method of any exemplary implementation, the trained machine learning model is a CNN.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、健常集団、心臓疾患集団、およびユーザのうちの1つまたは複数からの訓練例上で訓練される。 In some example implementations of the method of any example implementation, the trained machine learning model is trained on training examples from one or more of a healthy population, a cardiac disease population, and a user.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、次の時間ステップでの損失は、次の時間ステップでの予測された健康指標データと次の時間ステップでのユーザの測定された健康指標との間の差の絶対値である。 In some example implementations of any example implementation of the method, the loss at the next time step is the absolute value of the difference between the predicted health index data at the next time step and the user's measured health index at the next time step.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、予測された健康指標データは確率分布であり、次の時間ステップでの予測された健康指標データは、この確率分布からサンプリングされる。 In some example implementations of the method of any example implementation, the predicted health index data is a probability distribution, and the predicted health index data at the next time step is sampled from this probability distribution.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、次の時間ステップでの予測された健康指標データは、最大確率で予測された健康指標データおよび確率分布から予測された健康指標データのランダムサンプリングからなる群から選択されるサンプリング技術に従ってサンプリングされる。 In some example implementations of the method of any example implementation, the predicted health index data at the next time step is sampled according to a sampling technique selected from the group consisting of maximum probability predicted health index data and random sampling of predicted health index data from a probability distribution.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、予測された健康指標データは確率分布(β)であり、損失は、次の時間ステップでのユーザの測定された健康指標で評価された次の時間ステップでの確率分布の負の対数に基づき決定される。任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、この方法は、確率分布の自己サンプリングをさらに含む。 In some exemplary implementations of the method of any exemplary implementation, the predicted health index data is a probability distribution (β) and the loss is determined based on the negative logarithm of the probability distribution at the next time step evaluated on the user's measured health index at the next time step. In some exemplary implementations of the method of any exemplary implementation, the method further includes self-sampling of the probability distribution.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、この方法は、時間ステップの期間にわたって予測された健康指標データを平均することと、時間ステップの期間にわたってユーザの測定された健康指標データを平均することと、予測された健康指標データと測定された健康指標データとの間の差の絶対値に基づき損失を決定することとをさらに含む。 In some example implementations of the method of any example implementation, the method further includes averaging the predicted health index data over the time step period, averaging the user's measured health index data over the time step period, and determining a loss based on an absolute value of a difference between the predicted health index data and the measured health index data.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データは、PPGデータを含む。任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データは、心拍数データを含む。 In some example implementations of the method of any example implementation, the measured health indicator data includes PPG data. In some example implementations of the method of any example implementation, the measured health indicator data includes heart rate data.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、この方法は、不規則な間隔で並ぶ心拍数データを規則正しい間隔で並ぶグリッド上に再サンプリングすることをさらに含み、心拍数データは、規則正しい間隔で並ぶグリッドからサンプリングされる。 In some example implementations of the method of any example implementation, the method further includes resampling the irregularly spaced heart rate data onto a regularly spaced grid, where the heart rate data is sampled from the regularly spaced grid.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データは、PPGデータ、心拍数データ、パルス酸素濃度計データ、ECGデータ、および血圧データからなる群から選択される1つまたは複数の健康指標データである。 In some example implementations of the method of any example implementation, the measured health indicator data is one or more health indicator data selected from the group consisting of PPG data, heart rate data, pulse oximeter data, ECG data, and blood pressure data.

いくつかの例示的な制限は、処理デバイス、ディスプレイ、健康指標データセンサ、および命令が記憶されるメモリを備えるモバイルコンピューティングデバイスを含む装置を提供し、この命令は処理デバイスによって実行されたときに処理デバイスに、ある時刻における健康指標データセンサからの測定された健康指標データおよび第1の時刻における他の要因データを受信し、健康指標データおよび他の要因データを訓練済み機械学習モデルに入力し、訓練済み機械学習モデルは、次の時間ステップで予測された健康指標データを生成し、次の時間ステップで測定された健康指標データおよび他の要因データを受信し、次の時間ステップで損失を決定し、損失は、次の時間ステップでの予測された健康指標データと次の時間ステップでの測定された健康指標データとの間の尺度であり、次の時間ステップでの損失が閾値を超えた場合に通知を出力することを行わせる。 Some exemplary limitations provide an apparatus including a mobile computing device having a processing device, a display, a health indicator data sensor, and a memory on which instructions are stored, which when executed by the processing device cause the processing device to receive measured health indicator data from the health indicator data sensor at a time and other factor data at a first time, input the health indicator data and other factor data to a trained machine learning model, the trained machine learning model generate predicted health indicator data at a next time step, receive the measured health indicator data and other factor data at the next time step, determine a loss at the next time step, the loss being a measure between the predicted health indicator data at the next time step and the measured health indicator data at the next time step, and output a notification if the loss at the next time step exceeds a threshold.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、訓練済み生成ニューラルネットワークを含む。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、フィードフォワードネットワークを含む。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルはRNNである。任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、CNNである。 In some example implementations of any of the example devices, the trained machine learning model includes a trained generative neural network. In some example implementations of any of the example devices, the trained machine learning model includes a feedforward network. In some example implementations of any of the example devices, the trained machine learning model is an RNN. In some example implementations of the method of any of the example implementations, the trained machine learning model is a CNN.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、健常集団、心臓疾患集団、およびユーザからなる群に含まれる1つからの訓練例上で訓練される。 In some example implementations of any of the example devices, the trained machine learning model is trained on training examples from one of the groups consisting of a healthy population, a cardiac disease population, and a user.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、予測された健康指標データは、次の時間ステップでのユーザの健康指標の点予測であり、損失は、次の時間ステップでの予測された健康指標データと測定された健康指標データとの間の差の絶対値である。 In some exemplary implementations of any exemplary device, the predicted health index data is a point prediction of the user's health index at the next time step, and the loss is the absolute value of the difference between the predicted health index data and the measured health index data at the next time step.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、予測された健康指標データは、機械学習モデルから生成される確率分布からサンプリングされる。 In some example implementations of any of the example devices, the predicted health indicator data is sampled from a probability distribution generated from a machine learning model.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、予測された健康指標データは、最大確率および確率分布からのランダムサンプリングからなる群から選択されるサンプリング技術に従ってサンプリングされる。 In some example implementations of any of the example devices, the predicted health index data is sampled according to a sampling technique selected from the group consisting of maximum probability and random sampling from a probability distribution.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、予測された健康指標データは確率分布(β)であり、損失は、次の時間ステップでのユーザの測定された健康指標で評価されたβの負の対数に基づき決定される。 In some example implementations of any of the example devices, the predicted health index data is a probability distribution (β) and the loss is determined based on the negative logarithm of β evaluated on the user's measured health index at the next time step.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、処理デバイスは、さらに0から1の範囲の関数αを定義するものであり、Itは、αの関数としてユーザの測定された健康指標データと予測された健康指標データとの線形結合を含む。 In some example implementations of any of the example apparatus, the processing device further defines a function α ranging from 0 to 1, and I t comprises a linear combination of the user's measured health index data and predicted health index data as a function of α.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、処理デバイスは、確率分布の自己サンプリングをさらに実行するものである。 In some example implementations of any of the example apparatus, the processing device further performs self-sampling of the probability distribution.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、処理デバイスは、平均化方法を使用して、時間ステップの一期間にわたって確率分布からサンプリングされた予測された健康指標データを平均し、平均化方法を使用して、時間ステップの期間にわたってユーザの測定された健康指標データを平均し、損失を平均された予測された健康指標データと測定された健康指標データの絶対値として定義することをさらに行うものである。 In some exemplary implementations of any of the exemplary apparatus, the processing device further averages the predicted health index data sampled from the probability distribution over a period of time steps using an averaging method, averages the measured health index data of the user over a period of time steps using an averaging method, and defines the loss as the absolute value of the averaged predicted health index data and the measured health index data.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、平均化方法は、平均を計算すること、算術平均を計算すること、中央値を計算すること、およびモードを計算することからなる群から選択される1つまたは複数の方法を含む。 In some exemplary implementations of any of the exemplary devices, the averaging method includes one or more methods selected from the group consisting of calculating the mean, calculating the arithmetic mean, calculating the median, and calculating the mode.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データは、PPG信号からのPPGデータを含む。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データは、心拍数データである。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、心拍数データは、不規則な間隔で並ぶ心拍数データを規則正しい間隔で並ぶグリッド上に再サンプリングすることによって収集され、心拍数データは、規則正しい間隔で並ぶグリッドからサンプリングされる。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データは、PPGデータ、心拍数データ、パルス酸素濃度計データ、ECGデータ、および血圧データからなる群から選択される1つまたは複数の健康指標データである。 In some exemplary implementations of any exemplary device, the measured health indicator data includes PPG data from a PPG signal. In some exemplary implementations of any exemplary device, the measured health indicator data is heart rate data. In some exemplary implementations of any exemplary device, the heart rate data is collected by resampling irregularly spaced heart rate data onto a regularly spaced grid, and the heart rate data is sampled from the regularly spaced grid. In some exemplary implementations of any exemplary device, the measured health indicator data is one or more health indicator data selected from the group consisting of PPG data, heart rate data, pulse oximeter data, ECG data, and blood pressure data.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、モバイルデバイスは、スマートウォッチ、フィットネスバンド、コンピュータタブレット、およびラップトップコンピュータからなる群から選択される。 In some exemplary implementations of any of the exemplary devices, the mobile device is selected from the group consisting of a smart watch, a fitness band, a computer tablet, and a laptop computer.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、モバイルデバイスは、ユーザ高忠実度センサをさらに備え、通知は、ユーザに、高忠実度測定データを取得することを要求し、処理デバイスは、高忠実度測定データの分析を受信し、ユーザの測定された健康指標データを分析でラベル付けしラベル付けされたユーザ健康指標データを生成し、ラベル付けされたユーザ健康指標データを訓練例として使用してパーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルを訓練することをさらに行うものである。 In some example implementations of any of the example devices, the mobile device further comprises a user high-fidelity sensor, the notification requests the user to obtain high-fidelity measurement data, and the processing device further receives an analysis of the high-fidelity measurement data, labels the user's measured health indicator data with the analysis to generate labeled user health indicator data, and trains a personalized trained high-fidelity machine learning model using the labeled user health indicator data as a training example.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、メモリ上に記憶される。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み機械学習モデルは、リモートメモリ上に記憶され、リモートメモリは、コンピューティングデバイスから分離しており、モバイルコンピューティングデバイスはウェアラブルコンピューティングデバイスである。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、メモリ上に記憶される。任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、リモートメモリ上に記憶され、リモートメモリは、コンピューティングデバイスから分離しており、モバイルコンピューティングデバイスはウェアラブルコンピューティングデバイスである。 In some exemplary implementations of any exemplary device, the trained machine learning model is stored on a memory. In some exemplary implementations of any exemplary device, the trained machine learning model is stored on a remote memory, the remote memory is separate from the computing device, and the mobile computing device is a wearable computing device. In some exemplary implementations of any exemplary device, the personalized trained high-fidelity machine learning model is stored on a memory. In some exemplary implementations of any exemplary device, the personalized trained high-fidelity machine learning model is stored on a remote memory, the remote memory is separate from the computing device, and the mobile computing device is a wearable computing device.

任意の例示的な装置のいくつかの例示的な実装形態において、処理デバイスは、ユーザが心房細動を経験していることを予測し、ユーザの心房細動負担を決定することをさらに行うものである。 In some exemplary implementations of any of the exemplary apparatus, the processing device is further configured to predict that the user is experiencing atrial fibrillation and determine the user's atrial fibrillation burden.

いくつかの例示的な実装形態は、ユーザの心臓健康状態を監視する方法を提供する。この方法は、第1の時刻においてユーザの測定された低忠実度健康指標データおよび他の要因データを受け取ることと、第1の時刻におけるユーザ健康指標データおよび他の要因データを含むデータをパーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルに入力することであって、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、ユーザの健康指標データが異常であるかどうかの予測を行う、入力することと、予測が異常である場合に、ユーザの健康が異常であるという通知を送信することとを含むことができる。 Some example implementations provide a method for monitoring a user's cardiac health. The method may include receiving measured low-fidelity health indicator data and other factor data of a user at a first time, inputting data including the user health indicator data and other factor data at the first time into a personalized trained high-fidelity machine learning model, where the personalized trained high-fidelity machine learning model makes a prediction of whether the user's health indicator data is abnormal, and, if the prediction is abnormal, sending a notification that the user's health is abnormal.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、高忠実度測定データの分析でラベル付けされた測定された低忠実度ユーザ健康指標データ上で訓練される。 In some example implementations of any example implementation of the method, a personalized trained high-fidelity machine learning model is trained on measured low-fidelity user health indicator data that has been labeled with analysis of the high-fidelity measurement data.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、高忠実度測定データの分析は、ユーザ特有の高忠実度測定データに基づく。 In some example implementations of the method of any example implementation, the analysis of the high fidelity measurement data is based on user-specific high fidelity measurement data.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた高忠実度機械学習モデルは、確率分布を出力し、予測は、その確率分布からサンプリングされる。 In some example implementations of the method of any example implementation, the personalized high-fidelity machine learning model outputs a probability distribution, and predictions are sampled from that probability distribution.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、予測は、最大確率での予測および確率分布からの予測のランダムサンプリングからなる群から選択されるサンプリング技術に従ってサンプリングされる。 In some example implementations of the method of any example implementation, the predictions are sampled according to a sampling technique selected from the group consisting of: maximum probability prediction and random sampling of predictions from a probability distribution.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、平均された予測は、平均化方法を使用して、時間ステップの一期間にわたって予測を平均することによって決定され、平均された予測は、ユーザの健康指標データが正常であるかまたは異常であるかを決定するために使用される。 In some example implementations of the method of any example implementation, the averaged prediction is determined by averaging the predictions over a period of time steps using an averaging method, and the averaged prediction is used to determine whether the user's health indicator data is normal or abnormal.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、平均化方法は、平均を計算すること、算術平均を計算すること、中央値を計算すること、およびモードを計算することからなる群から選択される1つまたは複数の方法を含む。 In some example implementations of the method of any example implementation, the averaging method includes one or more methods selected from the group consisting of calculating the mean, calculating the arithmetic mean, calculating the median, and calculating the mode.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、ユーザのウェアラブルデバイスのメモリ内に記憶される。任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データおよび他の要因データは、一定時間期間にわたるデータの時間セグメントである。 In some example implementations of the method of any example implementation, the personalized trained high fidelity machine learning model is stored in memory of the user's wearable device. In some example implementations of the method of any example implementation, the measured health metric data and other factor data are time segments of data over a period of time.

任意の例示的な実装形態の方法のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、リモートメモリ内に記憶され、リモートメモリは、ユーザのウェアラブルコンピューティングデバイスから離れた場所に配置される。 In some example implementations of the method of any example implementation, the personalized trained high-fidelity machine learning model is stored in a remote memory, the remote memory being located at a location remote from the user's wearable computing device.

いくつかの例示的な実装形態において、健康監視装置は、マイクロプロセッサ、ディスプレイ、ユーザ健康指標データセンサ、および命令が記憶されるメモリを備えるモバイルコンピューティングデバイスを含むものとしてよく、この命令はマイクロプロセッサによって実行されたときに処理デバイスに、第1の時刻において測定された低忠実度健康指標データおよび他の要因データを受信し、測定された健康指標データは、ユーザ健康指標データセンサによって取得され、第1の時刻における健康指標データおよび他の要因データを含むデータを訓練済み高忠実度機械学習モデルに入力し、訓練済み高忠実度機械学習モデルは、ユーザの健康指標データが正常であるかまたは異常であるかの予測を行い、予測が異常であったことに応答して、ユーザの健康が異常であることを示す通知を少なくともユーザに送信することを行わせる。 In some example implementations, the health monitoring device may include a mobile computing device having a microprocessor, a display, a user health indicator data sensor, and a memory on which instructions are stored that, when executed by the microprocessor, cause the processing device to receive low-fidelity health indicator data and other factor data measured at a first time, the measured health indicator data obtained by the user health indicator data sensor, input data including the health indicator data and other factor data at the first time into a trained high-fidelity machine learning model, the trained high-fidelity machine learning model making a prediction of whether the user's health indicator data is normal or abnormal, and in response to the prediction being abnormal, sending at least a notification to the user indicating that the user's health is abnormal.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み高忠実度機械学習モデルは、訓練済み高忠実度生成ニューラルネットワークである。任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み高忠実度機械学習モデルは、訓練済みリカレントニューラルネットワーク(RNN)である。任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み高忠実度機械学習モデルは、訓練済みフィードフォワードニューラルネットワークである。任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み高忠実度機械学習モデルはCNNである。 In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the trained high-fidelity machine learning model is a trained high-fidelity generative neural network. In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the trained high-fidelity machine learning model is a trained recurrent neural network (RNN). In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the trained high-fidelity machine learning model is a trained feed-forward neural network. In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the trained high-fidelity machine learning model is a CNN.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み高忠実度機械学習モデルは、ユーザ特有の高忠実度測定データに基づきラベル付けされた測定されたユーザ健康指標データ上で訓練される。 In some example implementations of any of the example implementations of the health monitoring device, the trained high-fidelity machine learning model is trained on measured user health indicator data that is labeled based on user-specific high-fidelity measurement data.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、訓練済み高忠実度機械学習モデルは、高忠実度測定データに基づきラベル付けされた低忠実度健康指標データ上で訓練され、低忠実度健康指標データおよび高忠実度測定データは、被験者集団からのデータである。 In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the trained high-fidelity machine learning model is trained on low-fidelity health indicator data labeled based on the high-fidelity measurement data, and the low-fidelity health indicator data and the high-fidelity measurement data are data from a subject population.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、高忠実度機械学習モデルは、確率分布を出力し、予測は、その確率分布からサンプリングされる。 In some example implementations of any of the example implementations of the health monitoring device, the high-fidelity machine learning model outputs a probability distribution and predictions are sampled from that probability distribution.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、予測は、最大確率での予測および確率分布からの予測のランダムサンプリングからなる群から選択されるサンプリング技術に従ってサンプリングされる。 In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the predictions are sampled according to a sampling technique selected from the group consisting of maximum probability prediction and random sampling of predictions from a probability distribution.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、平均された予測は、平均化方法を使用して、時間ステップの一期間にわたって予測を平均することによって決定され、平均された予測は、ユーザの健康指標データが正常であるかまたは異常であるかを決定するために使用される。 In some example implementations of the health monitoring device of any of the example implementations, the averaged prediction is determined by averaging the predictions over a period of time steps using an averaging method, and the averaged prediction is used to determine whether the user's health indicator data is normal or abnormal.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、測定された健康指標データおよび他の要因データは、一定時間期間にわたるデータの時間セグメントである。 In some example implementations of any of the example implementations of the health monitoring device, the measured health indicator data and other factor data are time segments of data over a period of time.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、平均化方法は、平均を計算すること、算術平均を計算すること、中央値を計算すること、およびモードを計算することからなる群から選択される1つまたは複数の方法を含む。 In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the averaging method includes one or more methods selected from the group consisting of calculating the mean, calculating the arithmetic mean, calculating the median, and calculating the mode.

任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、メモリ内に記憶される。任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、パーソナライズされた訓練済み高忠実度機械学習モデルは、リモートメモリ内に記憶され、リモートメモリは、ウェアラブルコンピューティングデバイスから離れた場所に配置される。任意の例示的な実装形態の健康監視装置のいくつかの例示的な実装形態において、モバイルデバイスは、スマートウォッチ、フィットネスバンド、コンピュータタブレット、およびラップトップコンピュータからなる群から選択される。 In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the personalized trained high-fidelity machine learning model is stored in a memory. In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the personalized trained high-fidelity machine learning model is stored in a remote memory, the remote memory being located at a location remote from the wearable computing device. In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the mobile device is selected from the group consisting of a smart watch, a fitness band, a computer tablet, and a laptop computer.

4 層
6 層
7 層
100 訓練済みの畳み込みニューラルネットワーク(CNN)
102 入力データ
103 畳み込み層(隠れ層ともいう)
104 訓練済み重みまたはフィルタ
105、105' 隠れ畳み込み層
105n-1 畳み込み層
106 入力データ
108 CNN
110、110'から110n 重み
111 訓練例
114 出力または予測
116 差
200 訓練済みリカレントニューラルネットワーク(RNN)
202 更新可能な状態(S)
204 訓練済み重み(W)
206 入力データ
206 予測
208 入力データ(It)
210 時刻tにおける状態(St)
212 時刻tにおけるセル(Ct)
214 時間ステップt+1における予測
216 更新された状態St+1
218 It+1
220 Ct+1
224 It+n
226 St+n
300 セル
304、306、306'、308、308' セルゲート
402 出力データ
404 実線
500 訓練済みリカレントニューラルネットワーク
502 状態
504 PPG
513 入力データ
513' 入力データ(Pt+1、Rt+1、およびTt+1)
514 時刻tにおける状態(St)
516 訓練された重み
518 セル(Ct)
520 時刻t+1における予測
522 状態St+1
524 Ct+1
530 Sn
532 予測
602 セル
604 初期状態S0
606 重み行列W
608 時間ステップ1で更新された状態
610 セル
612 時間ステップ2で更新された状態
614 セル
700 システム
702 機械学習モデル
704 健康検出器
706 入力生成器
708 予測
710 入力データ
712 スマートウォッチ
714 ウォッチ
716 ディスプレイ
718 ユーザの健康指標データ
720 予測された健康指標帯域
722 ウォッチバンド
724 高忠実度センサ
726 低忠実度センサ
920 逸脱
1000 方法
1110 第1のチャート
1120 第2のチャート
1130 第3のチャート
1200 コンピュータシステム
1202 処理デバイス
1204 メインメモリ
1206 スタティックメモリ
1218 データストレージデバイス
1222 命令セット
1226 処理ロジック
1228 機械可読記憶媒体
1230 バス
1250 健康モニタ
4 layers
6 layers
7 layers
100 pre-trained Convolutional Neural Networks (CNNs)
102 Input Data
103 Convolutional layer (also called hidden layer)
104 Pre-trained weights or filters
105, 105' hidden convolutional layer
105 n-1 convolutional layers
106 Input Data
108CNN
110, 110' to 110 n weight
111 Training Example
114 Output or Prediction
Difference: 116
200 pre-trained recurrent neural networks (RNNs)
202 Updateable state (S)
204 Trained Weights (W)
206 Input Data
206 Predictions
208 Input data (I t )
210 State at time t (S t )
212 Cell at time t (C t )
214 Prediction at time step t+1
216 Updated state S t+1
218 I t+1
220C t+1
224 I t+n
226 S t+n
300 cells
304, 306, 306', 308, 308' Cell Gate
402 Output Data
404 Solid Line
500 pre-trained recurrent neural networks
502 Status
504 PPG
513 Input Data
513' Input data (P t+1 , R t+1 , and T t+1 )
514 State at time t (S t )
516 Trained Weights
518 cells (Ct)
520 Prediction at time t+1
522 State S t+1
524 C t+1
530 S n
532 Predictions
602 Cells
604 Initial state S 0
606 Weighting matrix W
608 Updated state at time step 1
610 Cell
612 Updated state at time step 2
614 Cell
700 System
702 Machine Learning Models
704 Health Detector
706 Input Generator
708 Predictions
710 Input Data
712 Smart Watch
714 Watch
716 Display
718 User health index data
720 Predicted Health Index Bands
722 Watch Band
724 High Fidelity Sensor
726 Low Fidelity Sensors
920 Deviation
1000 ways
1110 First Chart
1120 Second Chart
1130 Third Chart
1200 Computer Systems
1202 Processing device
1204 Main memory
1206 Static Memory
1218 Data Storage Devices
1222 instruction set
1226 Processing Logic
1228 Machine-readable storage medium
1230 Bus
1250 Health Monitor

Claims (12)

処理デバイスによって実行される、ユーザの心臓健康状態を監視するための方法であって、
第1の時刻においてユーザの測定された低忠実度健康指標データおよび他の要因データを受け取ることと、
前記低忠実度健康指標データおよび他の要因データをパーソナライズされた訓練済み機械学習モデルに入力することであって、前記パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは次の時間ステップにおける正常であると予測された低忠実度健康指標データを生成する、ことと、
前記次の時間ステップにおいて前記ユーザの低忠実度健康指標データを受け取ることと、
前記次の時間ステップにおいて損失を決定することであって、前記損失は、前記次の時間ステップでの前記正常であると予測された低忠実度健康指標データと前記次の時間ステップでの前記ユーザの測定された低忠実度健康指標データとの間の尺度である、ことと、
前記損失が閾値を超えたことを決定することと、
前記損失が閾値を超えたことを決定したことに応答して、前記ユーザに高忠実度測定データを取得するための通知を出力することと
を含み、
前記通知に基づき高忠実度測定データを取得し、前記取得した高忠実度測定データを分析することと、
前記取得した高忠実度測定データの分析結果に基づいて、前記次の時間ステップでの前記ユーザの測定された低忠実度健康指標データをラベル付けすることと、
前記ラベル付けされた前記ユーザの測定された低忠実度健康指標データに基づいて、パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルを訓練することと
をさらに含む方法。
1. A method for monitoring a user's cardiac health, performed by a processing device, comprising:
receiving measured low fidelity health indicator data and other factor data of a user at a first time;
inputting the low fidelity health indicator data and other factor data into a personalized trained machine learning model, the personalized trained machine learning model generating predicted low fidelity health indicator data for a next time step;
receiving low fidelity health indicator data for the user at the next time step;
determining a loss at the next time step, the loss being a measure between the normal predicted low fidelity health indicator data at the next time step and the user's measured low fidelity health indicator data at the next time step;
determining that the loss exceeds a threshold;
and in response to determining that the loss exceeds a threshold, outputting a notification to the user to obtain high fidelity measurement data.
acquiring high fidelity measurement data based on the notification , and analyzing the acquired high fidelity measurement data;
labeling the measured low-fidelity health indicator data of the user at the next time step based on the analysis of the acquired high-fidelity measurement data;
and training a personalized trained machine learning model based on the labeled measured low-fidelity health indicator data of the user .
前記パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは、訓練済み生成ニューラルネットワーク、フィードフォワードネットワーク、リカレントニューラルネットワーク、または畳み込みニューラルネットワークを含む請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the personalized trained machine learning model comprises a trained generative neural network, a feedforward network, a recurrent neural network, or a convolutional neural network. 前記パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは、健常集団、心臓疾患集団、および前記ユーザのうちの1つまたは複数からの訓練例で訓練される請求項1に記載の方法。 2. The method of claim 1, wherein the personalized trained machine learning model is trained with training examples from one or more of a healthy population, a cardiac disease population, and the user. 前記次の時間ステップでの前記損失は、前記次の時間ステップでの前記正常であると予測された低忠実度健康指標データと前記次の時間ステップでの前記ユーザの測定された低忠実度健康指標データとの間の差の絶対値である請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the loss at the next time step is an absolute value of the difference between the predicted normal low fidelity health indicator data at the next time step and the user's measured low fidelity health indicator data at the next time step. 前記正常であると予測された低忠実度健康指標データは、確率分布であり、前記次の時間ステップでの前記正常であると予測された低忠実度健康指標データは、前記確率分布からサンプリングされる請求項1に記載の方法。 The method of claim 1 , wherein the predicted normal low fidelity health indicator data is a probability distribution, and the predicted normal low fidelity health indicator data at the next time step is sampled from the probability distribution. 先行する時間ステップの期間にわたって前記正常であると予測された低忠実度健康指標データを平均することと、
先行する時間ステップの前記期間にわたって前記ユーザの測定された低忠実度健康指標データを平均することと、
前記正常であると予測された低忠実度健康指標データと前記測定された低忠実度健康指標データとの間の差の絶対値に基づき前記損失を決定することとをさらに含む請求項1に記載の方法。
averaging the predicted normal low fidelity health indicator data over a period of a preceding time step;
averaging the measured low fidelity health indicator data of the user over the period of a preceding time step;
The method of claim 1 , further comprising determining the loss based on an absolute value of a difference between the predicted normal low fidelity health index data and the measured low fidelity health index data.
前記測定された低忠実度健康指標データは、脈拍プレチスモグラフィデータ、心拍数データ、または心拍変動を含む請求項1に記載の方法。 The method of claim 1, wherein the measured low fidelity health indicator data includes pulse plethysmography data, heart rate data, or heart rate variability. 処理デバイスと、
前記処理デバイスに動作可能に結合されている低忠実度健康指標データセンサと、
メモリであって、前記処理デバイスによって実行されたときに、前記処理デバイスに、
ある時刻における前記低忠実度健康指標データセンサからの測定された低忠実度健康指標データおよび第1の時刻における他の要因データを受信し、
低忠実度健康指標データおよび他の要因データをパーソナライズされた訓練済み機械学習モデルに入力し、前記パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは、次の時間ステップで正常であると予測された低忠実度健康指標データを生成し、
前記次の時間ステップで測定された低忠実度健康指標データおよび他の要因データを受信し、
前記次の時間ステップで損失を決定し、前記損失は、前記次の時間ステップでの前記正常であると予測された低忠実度健康指標データと前記次の時間ステップでの前記測定された低忠実度健康指標データとの間の尺度であり、
前記次の時間ステップでの前記損失が閾値を超えた場合に、高忠実度測定データを取得するための通知を出力することを行わせる
命令が記憶されているメモリとを備え、
前記命令は、前記処理デバイスに、
前記通知に基づき高忠実度測定データを取得し、前記取得した高忠実度測定データを分析することと、
前記取得した高忠実度測定データの分析結果に基づいて、前記次の時間ステップでの前記測定された低忠実度健康指標データをラベル付けすることと、
前記ラベル付けされた低忠実度健康指標データに基づいて、パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルを訓練することと
をさらに行わせる、装置。
A processing device;
a low fidelity health indicator data sensor operably coupled to the processing device;
a memory, which when executed by the processing device, causes the processing device to:
receiving measured low fidelity health indicator data from the low fidelity health indicator data sensor at a time and other factor data at a first time;
inputting the low fidelity health indicator data and other factor data into a personalized trained machine learning model, the personalized trained machine learning model generating low fidelity health indicator data predicted to be normal at a next time step;
receiving low fidelity health indicator data and other factor data measured at the next time step;
determining a loss at the next time step, the loss being a measure between the predicted normal low fidelity health index data at the next time step and the measured low fidelity health index data at the next time step;
and a memory having instructions stored thereon: if the loss at the next time step exceeds a threshold, outputting a notification to obtain high fidelity measurement data;
The instructions cause the processing device to:
acquiring high fidelity measurement data based on the notification , and analyzing the acquired high fidelity measurement data;
labeling the measured low-fidelity health indicator data at the next time step based on an analysis result of the acquired high-fidelity measurement data;
and training a personalized trained machine learning model based on the labeled low-fidelity health indicator data.
前記パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは、訓練済み生成ニューラルネットワーク、フィードフォワードネットワーク、リカレントニューラルネットワーク、または畳み込みニューラルネットワークを含む請求項8に記載の装置。 10. The apparatus of claim 8, wherein the personalized trained machine learning model comprises a trained generative neural network, a feedforward network, a recurrent neural network, or a convolutional neural network. 前記パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルは、健常集団、心臓疾患集団、およびユーザからなる群の1つからの訓練例で訓練される請求項8に記載の装置。 10. The apparatus of claim 8, wherein the personalized trained machine learning model is trained with training examples from one of the groups consisting of a healthy population, a cardiac disease population, and a user. 前記正常であると予測された低忠実度健康指標データは、前記パーソナライズされた訓練済み機械学習モデルから生成される確率分布からサンプリングされる請求項8に記載の装置。 10. The apparatus of claim 8, wherein the predicted normal low-fidelity health indicator data is sampled from a probability distribution generated from the personalized trained machine learning model. 前記処理デバイスは、
ユーザが心房細動を経験していると予測し、
前記ユーザの心房細動負担を決定することをさらに行うものである請求項8に記載の装置。
The processing device comprises:
predicting that the user is experiencing atrial fibrillation;
10. The apparatus of claim 8, further configured to determine the atrial fibrillation burden of the user.
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