Apple 用 AI「聽心跳」,AirPods 未來真的能變成健康偵測器?

蘋果旗下子品牌 Beats 在今年年初的時候,推出一款內建心率監測的入耳式耳機 Powerbeats Pro 2,搭載 Apple H2 晶片,當時我們就忍不住猜測:難道 Beats 是 Apple 在測試 AirPods 加入健康功能的前哨站?果不其然,現在又有最新研究論文顯示,如何「用耳機錄到的聲音」來預測心率呢?,也就表示 AirPods 偵測 心率 的功能有可能要成真了。

AirPods 內建 心率 偵測功能不是夢!?透過耳機聽到的聲音,就能算出你的心跳

Beats Powerbeats Pro 2 內建心率監測感測器,可透過耳機的 LED 光學感測器,以每秒脈衝超過 100 次的綠色 LED 光,即時測量你的心率,它的原理是透過光感測器接收反射光,分析血液流動造成的光反射變化。

而 AirPods 目前在研究的是用耳機內建的麥克風「聽」心音(如心跳聲),再用 AI 分析音訊特徵來推算出心率。這個資料來源是蘋果機器學習研究部門最新釋出的最新論文,標題是《Foundation Model Hidden Representations for Heart Rate Estimation from Auscultation》,中文意思大概是:用聲音基礎模型來從「聽診音訊」估算心率。乍看之下很學術,但其實蘋果在研究的就是:讓 AI 透過耳機聽到的聲音,算出你的心跳

AI 生成示意圖

研究怎麼進行?聽診器聲音進 AI 模型

這篇研究是由 Apple 內部研究員主導,研究核心在於:蘋果團隊想知道,那些原本是為語音識別訓練出來的 AI 模型(像 Whisper、wav2vec2、CLAP),能不能用來分析心音,也就是醫生用聽診器聽到的聲音(Phonocardiogram, PCG),進而估算心率?

AI 生成示意圖

實驗方式:

  • 他們用的是一份公開的醫療資料集 CirCor DigiScope,裡面有來自 942 位不同受試者,共 3,163 段心音(PCG)錄音。
  • 收音部位涵蓋 4 個常見的胸部聽診點(auscultation sites),每段長度從 5.1 秒至 64.5 秒不等,總長約 20 小時的心音錄音檔案。
  • 每段心音被切成長度 5 秒、每秒移動一次的片段,總共產生 23,381 筆測試樣本。
  • 每段心音片段的心率,則是根據「心音的 S1 聲音起點(S1 onset)間距」推算出來。
  • 將這些資料餵給六個不同的聲音基礎模型進行心率預測,包括:HuBERT、wav2vec2、WavLM、Whisper、公開版 CLAP,還有蘋果自研版的 CLAP。
  • 最後再用 MAE(平均絕對誤差)來衡量每個模型預測心率的準確度。

這個研究對 AirPods 的意義?

AirPods 本來就已經有很強的麥克風噪音消除技術空間音訊處理能力。所以,如果未來能將這些心音分析技術整合至 AirPods,那麼當你配戴耳機時,它就能像聽診器一樣,持續在「聽」你的心跳,而且不需要額外的感測器。

而且根據這篇研究結果顯示,蘋果自家訓練的 CLAP 模型表現最佳,心率誤差最低可達 1.88 bpm,甚至優於傳統聲音特徵模型(1.91 bpm),意思就是蘋果自己訓練的 AI 模型不只用在語音模型厲害,未來還有機會能針對健康聲音監測場景做出健康分析,你不用配戴手錶、胸帶或貼片,就有機會達到基本的心率監測功能。

總結

蘋果一直以來都朝向健康科技領域佈局,不管是 Apple Watch 或者 AirPods 都陸續加入跟健康有關的監測技術。

而目前釋出的這篇研究報告,也是透露出蘋果正在積極開發「從聲音監測健康」的能力,而 AirPods 會是最有可能承載這些功能的裝置。

至於今年年底可能會更新的 AirPods Pro,有沒有機會加入心率感測功能呢?我們可以一起拭目以待!

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Apple 第一款能測心率的耳機 Powerbeats Pro 2

 

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