JP7495398B2 - Machine learning health analysis using mobile devices - Google Patents

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Description

関連出願の相互参照
本出願は、その内容全体が参照により本明細書に組み込まれる2018年10月5日に出願した米国出願第16/153,403号の継続である2019年9月24日に出願した米国特許出願第16/580,574号の優先権を主張するものである。
CROSS-REFERENCE TO RELATED APPLICATIONS This application claims priority to U.S. Application No. 16/580,574, filed September 24, 2019, which is a continuation of U.S. Application No. 16/153,403, filed October 5, 2018, the entire contents of which are incorporated herein by reference.

個人の生理学的健康の指標(「健康指標」)、例えば、限定ではなく、2~3例を挙げると、心拍数、心拍数変動、血圧、およびECG(心電図)は、健康指標を測定するために収集されたデータから、任意の個別の時点において測定または計算され得る。多くの場合、特定の時点における健康指標の値は、時間経過に伴う変化は、個人の健康状態に関する情報を提供する。例えば、低いもしくは高い心拍数もしくは血圧、または心筋虚血を明確に示すECGは、即時介入の必要性を示している可能性がある。しかし、これらの指標の読み取り値、一連の読み取り値、または時間経過に伴う読み取り値の変化は、ユーザ、または医療専門家によってさえ、注意を必要とするものとして認識されない情報を提供する可能性がある。 Indicators of an individual's physiological health ("health indicators"), such as, but not limited to, heart rate, heart rate variability, blood pressure, and ECG (electrocardiogram), to name a few, may be measured or calculated at any discrete time from the data collected to measure the health indicator. Often, the value of a health indicator at a particular time, or changes over time, provide information about an individual's health status. For example, a low or high heart rate or blood pressure, or an ECG clearly indicating myocardial ischemia, may indicate the need for immediate intervention. However, a reading, a series of readings, or changes in readings over time of these indicators may provide information that is not recognized as requiring attention by a user, or even a medical professional.

例えば、不整脈は、継続的に発生する場合があり、または断続的に発生する場合がある。継続的に発生する不整脈は、個人の心電図から最も明確に診断される場合がある。継続的な不整脈は、常に存在するので、不整脈を診断するために、いつでもECG分析が適用され得る。ECGは、断続的な不整脈を診断するためにも使用され得る。しかしながら、断続的な不整脈は、無症候性である可能性があり、および/または定義上継続的であるので、個人が不整脈を経験しているときにおいて診断技法を適用するという課題を提示する。したがって、継続的な不整脈の実際の診断は、悪名が高いほど困難である。この特定の困難は、米国における不整脈の40%近くを占める無症候性不整脈によって一層ひどくなる。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 clearly 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, intermittent arrhythmias present the challenge of applying diagnostic techniques when an individual is experiencing an arrhythmia, since they may be asymptomatic and/or are continuous by definition. Thus, the actual diagnosis of continuous arrhythmias is notoriously difficult. This particular difficulty is compounded by 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), 26 pages.

健康指標の頻繁なまたは継続的な監視および記録を可能にするセンサおよびモバイル電子技術が存在する。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、それらが生成するデータを解釈する従来の医学の能力をしばしば超える。心拍数などの健康指標パラメータの生理学的重要性は、特定の医学的状況でのみ明確に定義されることが多く、例えば、心拍数は、通常、健康指標に影響を与える可能性がある他のデータ/情報からのコンテキスト外の単一のスカラー値として評価される。60~100拍/分(BPM)の範囲の安静時心拍数は、正常とみなされる可能性がある。ユーザは、一般に、ユーザの安静時心拍数を1日に1回または2回手動で測定し得る。 Sensors and mobile electronic technologies exist that allow frequent or continuous monitoring and recording of health indicators. However, the capabilities of these sensor platforms often exceed the ability of traditional medicine to interpret the data they generate. The physiological significance of health indicator parameters such as heart rate is often only clearly defined in specific medical situations, for example, heart rate is typically 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 generally manually measure their resting heart rate once or twice a day.

モバイルセンサプラットフォーム(例えば、モバイル血圧カフ、モバイル心拍数モニタ、またはモバイルECGデバイス)は、限定はしないが、活動レベル、体位などのユーザに関する他のデータ、および気温、気圧、場所などの環境パラメータも同時に取得しながら、健康指標(例えば、心拍数)を継続的に監視することができ得、例えば、1秒または5秒毎に測定値を生成することができ得る。24時間の間に、これは、何千もの独立した健康指標の測定値をもたらす場合がある。1日に1回または2回の測定とは対照的に、「正常な」一連の数千の測定値がどのように見えるかについて、比較的少ないデータまたは医学的コンセンサスしか存在しない。 A mobile sensor platform (e.g., a mobile blood pressure cuff, a mobile heart rate monitor, or a mobile ECG device) may be able to continuously monitor a health indicator (e.g., heart rate) while simultaneously acquiring other data about the user such as, but not limited to, activity level, body position, and environmental parameters such as temperature, pressure, location, and may be able to generate measurements, for example, every 1 or 5 seconds. Over the course of a 24-hour period, this may result in thousands of independent measurements of a health indicator. Relatively little data or medical consensus exists on what a "normal" series of thousands of measurements looks like, as opposed to measurements once or twice a day.

ユーザ/患者の健康指標を継続的に測定するために現在使用されているデバイスは、かさばり、侵襲的で、不便なものから、単純なウェラブルまたはハンドヘルドモバイルデバイスまで及ぶ。現在、これらのデバイスは、人の健康状態を継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ない。ユーザの健康状態を判断するために、これらの健康指標に影響を与える可能性がある他の因子に照らして健康指標を評価するのは、ユーザまたは医療専門家の手に委ねられている。 The devices currently used to continuously measure a user/patient's health metrics range from bulky, invasive, and inconvenient to simple wearable or handheld mobile devices. Currently, these devices do not provide the ability to effectively utilize the data to continuously monitor a person's health status. It is left to the user or a medical professional to evaluate the health metrics in light of other factors that may affect these health metrics to determine the user's health status.

米国仮出願第61/872,555号U.S. Provisional Application No. 61/872,555 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), 26 p.

本明細書に記載の特定の特徴は、添付の特許請求の範囲において具体的に記載されている。開示された実施形態の特徴および利点のよりよい理解は、本明細書に記載の原理が利用される例示的な実施形態を明らかにする以下の詳細な説明と、その添付図面とを参照することによって得られる。 Certain features described herein are set forth with particularity in the appended claims. A better understanding of the features and advantages of the disclosed embodiments can be obtained 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:

本明細書で説明されるいくつかの実施形態に従って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 in accordance with some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態に従って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 in accordance with some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態に従って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 in accordance with some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態に従って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 in accordance with some embodiments described herein. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態に従って使用され得る代替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 an alternative recurrent neural network that may be used in accordance 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想的データプロットを示す図である。FIG. 1 shows hypothetical data plots 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想的データプロットを示す図である。FIG. 1 shows hypothetical data plots 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想的データプロットを示す図である。FIG. 1 shows hypothetical data plots 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による代替のリカレントニューラルネットワークと、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想的プロットとを示す図である。FIG. 1 illustrates an alternative recurrent neural network according to some embodiments described herein, as well as hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による代替のリカレントニューラルネットワークと、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想的プロットとを示す図である。FIG. 1 illustrates an alternative recurrent neural network according to some embodiments described herein, as well as hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による代替のリカレントニューラルネットワークと、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想的プロットとを示す図である。FIG. 1 illustrates an alternative recurrent neural network according to some embodiments described herein, as well as hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による代替のリカレントニューラルネットワークと、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想的プロットとを示す図である。FIG. 1 illustrates an alternative recurrent neural network according to some embodiments described herein, as well as hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による代替のリカレントニューラルネットワークと、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想的プロットとを示す図である。FIG. 1 illustrates an alternative recurrent neural network according to some embodiments described herein, as well as hypothetical plots used to explain some of these embodiments. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による展開されたリカレントニューラルネットワークを示す図である。FIG. 2 illustrates a deployed recurrent neural network 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. 本明細書で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. 本明細書で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による方法と、1つまたは複数の実施形態を実証するための心拍数対時間の仮想的プロットとを示す図である。FIG. 1 illustrates a method according to some embodiments described herein and a hypothetical plot of heart rate versus time to demonstrate one or more embodiments. 本明細書で説明されるいくつかの実施形態による方法と、1つまたは複数の実施形態を実証するための心拍数対時間の仮想的プロットとを示す図である。FIG. 1 illustrates a method according to some embodiments described herein and a hypothetical plot of heart rate versus time to demonstrate one or more embodiments. 本明細書で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想的データプロットを示す図である。FIG. 1 shows hypothetical data plots 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、健康指標と他の因子との間の相互接続の複雑さ、および限られた臨床ガイダンスは、従来の医療行為に基づく特定の規則を通じて連続的および/または移動性のセンサデータにおける異常を検出しようとする任意の監視システムの有効性を制限する可能性がある。本明細書で説明される実施形態は、予測機械学習モデルを利用して、健康指標データの時間シーケンスから単独で、または(本明細書で定義される)他因子データと組み合わせて、教師なし方式で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。 The large volume of data, the complexity of the interconnections between health indicators and other factors, and limited clinical guidance may limit the effectiveness of any monitoring system that attempts 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 can utilize predictive machine learning models to detect anomalies in an unsupervised manner from time sequences of health indicator data, either alone or in combination with other factor data (as defined herein).

心房細動(AFまたはAFib)は、一般人口の1~2%において見られ、AFの存在は、病的状態、ならびに脳卒中および心不全などの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。AF患者の40%程度と推定される多くの人におけるAFibは、無症候性である可能性があり、これらの無症候性患者は、症候性患者と同様の脳卒中および心不全のリスクプロファイルを有する。同文献を参照されたい。しかしながら、症候性患者は、否定的な結果のリスクを減らすために、抗凝血剤または他の薬を服用するなど、積極的な対策をとることができる。植込み型電気デバイス(CIED)の使用は、無症候性AF(いわゆるサイレントAFまたSAF)と、患者がAFである持続時間とを検出することができる。同文献。この情報から、これらの患者がAFで過ごす時間、すなわちAF負担が決定され得る。同文献。5~6分を超え、特に1時間を超えるAF負担は、脳卒中および他の否定的な健康状態結果のリスクの大幅な上昇に関連する。同文献。したがって、無症候性患者におけるAF負担を測定する能力は、早期の介入治療につながることができ、AFに関連する否定的な健康状態結果のリスクを軽減し得る。同文献。SAFの検出は、困難であり、典型的には、なんらかの形の継続的な監視を必要とする。現在、AFの継続的な監視は、かさばり、時には侵襲的で、高価なデバイスを必要とし、そのような監視は、高度な医療専門家の監視と再調査とを必要とする。 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), 26 p. AFib in many, estimated to be as much as 40% of AF patients, may be asymptomatic, and these asymptomatic patients have a similar risk profile for stroke and heart failure as symptomatic patients. Id. However, symptomatic patients can take aggressive measures, such as taking anticoagulants or other medications, to reduce the risk of negative outcomes. The use of implantable electrical devices (CIEDs) can detect asymptomatic AF (so-called silent AF or SAF) and the duration a patient is in AF. Id. From this information, the amount of time these patients spend in AF, i.e., AF burden, can be determined. Id. AF burdens greater than 5-6 minutes, and especially greater than 1 hour, are associated with significantly elevated risk of stroke and other negative health outcomes. Id. Thus, the ability to measure AF burden in asymptomatic patients can lead to earlier interventional treatments to reduce the risk of negative health outcomes associated with AF. Id. Detection of SAF is difficult and typically requires some form of continuous monitoring. Currently, continuous monitoring of AF requires bulky, sometimes invasive, and expensive devices, and such monitoring requires advanced medical professional oversight and review.

多くのデバイスは、健康指標データの測定または計算を提供するためにデータを継続的に取得し、例えば、限定はしないが、FitBit(登録商標)、Apple Watch(登録商標)、Polar(登録商標)、スマートフォン、タブレットなどが、ウェアラブルデバイスおよび/またはモバイルデバイスの部類に入る。他のデバイスは、ユーザ/患者上またはその中の永続的または半永続的なデバイス(例えば、ホルタ)を含み、他のデバイスは、カートに乗ってい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、この測定されたデータを用いて、ディスプレイ上でそれを定期的に監視すること、または単純なデータしきい値を設定すること以外は、ほとんど行われない。訓練された医療専門家によっても、データの観察は、しばしば正常に見える場合があり、1つの主要な例外は、容易に識別可能な急性症状を有する場合である。より深刻な何かを示している可能性があるデータ内の異常および/または傾向を観察するために、医療専門家が健康指標を継続的に観察することは、非常に困難であり、実際には不可能である。 Many devices continuously acquire data to provide measurements or calculations of health indicator data, for example, but not limited to, FitBit®, Apple Watch®, Polar®, smartphones, tablets, etc., fall under the category of wearable and/or mobile devices. Other devices include permanent or semi-permanent devices (e.g., Holter) on or in the user/patient, and other devices may include larger devices in hospitals that may be mobile by being on a cart. However, little is done with this measured data other than periodically monitoring it on a display or setting simple data thresholds. Even by trained medical professionals, observations of the data may often appear normal, with one major exception being in cases with easily identifiable acute symptoms. It is very difficult, and practically impossible, for medical professionals to continuously observe health indicators to observe abnormalities and/or trends in the data that may indicate something more serious.

本明細書で使用される場合、プラットフォームは、ローカルに、またはクラウドとインターネットとを含む分散ネットワークを介して互いに対話するように構成された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」)を含む。本明細書で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および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構成要素(例えば、1つまたは複数の感知デバイス、処理デバイス、またはマイクロプロセッサ)を含む。いくつかの実施形態において、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、本明細書で説明されるデバイスは、いくつかの実施形態において、組み込み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対話するか、またはそれを実行する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 includes one or more customized software applications (or "applications") configured to interact with each other locally or over 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 includes one or more hardware components (e.g., one or more sensing devices, processing devices, or microprocessors). 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 configured in some embodiments to execute the platform's applications using an embedded processor, and in some embodiments, the platform is utilized by a system that includes one or more computing devices that interact with or execute one or more applications of the platform.

本開示は、例えば、限定はしないが、(i)同様の他の因子の影響を受けた個人のグループ、または(ii)同様の他の因子によって影響を受けたユーザ自身のいずれかによって判断された、またはそれらと比較されたときにユーザが正常な健康状態を有するかどうかを判定するために、健康指標に影響を与える可能性がある因子(本明細書では、「他の因子」と呼ばれる)に関連する(例えば時間的に)対応するデータと組み合わせて、ユーザデバイスからの1つまたは複数の健康指標(例えば、限定はしないが、PPG信号、心拍数、または血圧)に関連するユーザデータを継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について説明する。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、または他因子データと組み合わせて、訓練された機械学習モデルに入力され、機械学習モデルは、ユーザの測定された健康指標が健康な範囲内にあるとみなされる確率を決定し、そうでない場合、その旨をユーザに通知する。健康な範囲内にないユーザは、症候性または無症候性であり得る不整脈などの、診断を確定するための高忠実度情報を保証する健康イベントをユーザが経験している可能性がある尤度を高める可能性がある。通知は、例えば、ユーザにECGを取得するように要求するという形式をとり得る。他の高忠実度測定は、2つ例を挙げると、血圧、パルスオキシメータが要求され得、ECGは、単なる一例である。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、医師のみが診断を行うことができることを認識して、総称して「診断」と呼ばれる)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、AFib、またはECGを利用して診断された他の任意の数の周知の状態であり得る。 The present disclosure describes systems, methods, devices, software, and platforms for continuously monitoring user data related to one or more health indicators (e.g., but not limited to, PPG signal, heart rate, or blood pressure) from a user device in combination with corresponding (e.g., in time) data related to factors (herein referred to as "other factors") that may affect the health indicators to determine whether the user has a normal health status as determined by or compared to, for example, but not limited 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, alone or in combination with the other factor data, is input into a trained machine learning model that determines the probability that the user's measured health indicator is considered to be within a healthy range and notifies the user accordingly if not. A user not within a healthy range may increase the likelihood that the user may be experiencing a health event that warrants high fidelity information for confirming a diagnosis, such as an arrhythmia that 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 such as blood pressure, pulse oximetry, to name two, and ECG is 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 conditions diagnosed utilizing ECG.

さらなる実施形態において、診断は、他の因子のデータシーケンスを含み得る低忠実度データシーケンス(例えば、心拍数またはPPG)をラベル付けするために使用される。この高忠実度診断ラベル付きの低忠実度データシーケンスは、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では、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、または新しい訓練例を用いて随時更新され得る。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シーケンス、およびオプションで他の因子の(時間的に)対応するデータシーケンスは、高忠実度機械学習モデルが訓練された診断された状態をユーザが経験している、または経験した確率および/または予測を決定するために、訓練された高忠実度機械学習モデルに入力される。この確率は、イベントがいつ開始し、いつ終了するかの確率を含み得る。いくつかの実施形態は、例えば、ユーザの心房細動(AF)負担、またはユーザが経時的にAFを経験する時間の量を計算し得る。以前は、AF負担は、扱いにくく高価なホルタ、または埋込み型の連続ECG監視装置を使用してのみ決定することができた。したがって、本明細書で説明するいくつかの実施形態は、ユーザが装着するデバイスのみから得られた健康指標データ(例えば、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)を継続的に監視することによって、または他の因子に関する対応するデータと組み合わせて、ユーザの健康状態を継続的に監視し、健康状態の変化をユーザに通知することができる。本明細書で使用される「他の因子」は、健康指標に影響を与える可能性がある、および/または健康指標を表すデータ(例えば、PPGデータ)に影響を与える可能性があるものを含む。これらの他の因子は、例として、限定としてではなく、2、3例を挙げると、気温、高度、運動レベル、体重、性別、食事、立位、座位、転倒、臥位、天候、およびBMIなどの様々な因子を含み得る。いくつかの実施形態において、高忠実度測定値を取得するようにユーザに通知するタイミングを決定するために、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得、高忠実度測定値は、次いで、分析され、本明細書で説明する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 sequence (e.g., heart rate or PPG), which may include data sequences of other factors. This low-fidelity data sequence with the high-fidelity diagnosis label is used to train a high-fidelity machine learning model. In these further embodiments, the training of the high-fidelity machine learning model may be trained by unsupervised learning or may be updated from time to time with new training examples. In some embodiments, the user's measured low-fidelity health indicator data sequence, and optionally the corresponding (in time) data sequences of other factors, are input into a trained high-fidelity machine learning model to determine a probability and/or prediction that the user is experiencing or has experienced the diagnosed condition for which the high-fidelity machine learning model was trained. This probability may include a probability of when an event will start and when it will end. Some embodiments may, for example, calculate the user's atrial fibrillation (AF) burden, or the amount 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 the health status of a user 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 solely from a device worn by the user, or in combination with corresponding data regarding other factors. As used herein, "other factors" include those that may affect the health indicators and/or may affect the data representing the health indicators (e.g., PPG data). These other factors may include various factors such as, by way of example and not by way of limitation, temperature, altitude, activity level, weight, sex, diet, standing position, sitting position, falling, lying position, 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 to obtain high-fidelity measurements, which may then be analyzed and used to train the high-fidelity machine learning models described herein.

本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、健康指標データの一次時間シーケンスを受信する動作と、健康指標データの一次時間シーケンスと時間的に対応する他因子データの1つまたは複数の二次時間シーケンスをオプションで受信する動作であって、二次時間シーケンスが、センサから、または外部データ源から(例えば、ネットワーク接続、コンピュータAPIなどを介して)来る場合がある、動作と、フィルタリング、キャッシング、平均化、時間的整合、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などの動作をデータに対して実行し得るプリプロセッサに一次および二次時間シーケンスを提供する動作と、未来の時間における一次シーケンスの次の値を予測するために、一次および二次時間シーケンスの値を利用するように訓練および/または構成された機械学習モデルにデータの時間シーケンスを提供する動作と、特定の時間tにおける機械学習モデルによって生成された予測された一次時間シーケンス値を、時間tにおける一次時間シーケンスの測定値と比較する動作と、予測された未来の時間シーケンスと測定された時間シーケンスとの間の差がしきい値または基準を超えた場合、ユーザに行動をとるように警告するまたは促す動作とによって、教師なし方式においてユーザの異常を検出することができる。 Some embodiments described herein can detect user anomalies in an unsupervised manner by receiving a primary time sequence of health indicator data, optionally receiving one or more secondary time sequences of other factor data that correspond in time to the primary time sequence of health indicator data, where the secondary time sequences may come from a sensor or from an external data source (e.g., via a network connection, computer API, etc.), providing the primary and secondary time sequences to a preprocessor that may perform operations on the data such as filtering, caching, averaging, time alignment, buffering, upsampling, and downsampling, providing the time sequence of data to a machine learning model trained and/or configured to utilize values of the primary and secondary time sequences to predict the next value of the primary sequence at a future time, comparing the predicted primary time sequence value generated by the machine learning model at a particular time t with the measured value of the primary time sequence at time t, and alerting or prompting the user to take action if the difference between the predicted future time sequence and the measured time sequence exceeds a threshold or criterion.

したがって、本明細書で説明するいくつかの実施形態は、時間の経過に対するおよび/または観察されたデータの二次シーケンスに応答した生理学的データの一次シーケンスの観察された挙動が、モデルを訓練するために使用された訓練例が与えられて予測されたものと異なる場合を検出する。訓練例が正常な個人から、または特定のユーザに関して以前に正常として分類されたデータから収集された場合、システムは、異常検出器として機能することができる。データがいかなる他の分類もなしに特定のユーザから単に収集された場合、システムは、訓練データがキャプチャされた時間と比較して、一次シーケンスが測定されている健康指標データにおける変化を検出する変化検出器として機能することができる。 Thus, some embodiments described herein detect when the observed behavior of a primary sequence of physiological data over time and/or in response to a secondary sequence of observed data differs from that predicted given the training examples used to train the model. If the training examples were collected from normal individuals or from data previously classified as normal for a particular user, the system can function as an anomaly detector. If the data was simply collected from a particular user without any other classification, the system can function as a change detector that detects changes in the health indicator data against which the primary sequence is being measured compared to the time the training data was captured.

本明細書で説明されるのは、他の因子(二次シーケンス)の影響下にあるユーザの測定された健康指標データ(一次シーケンス)が、同様の他の因子の影響下にある健康な集団(すなわち、グローバルモデル)に関する正常の範囲外、または同様の他の因子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)に関する正常の範囲外である確率を予測または決定するために、訓練された機械学習モデルを生成および使用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、および方法である。いくつかの実施形態において、ユーザは、低忠実度健康指標データのみを使用して異常またはイベントを予測または診断する能力を有する異なる訓練された高忠実度機械学習モデルを生成するために、以前に取得された低忠実度ユーザ健康指標データにラベル付けするために使用され得る追加の測定された高忠実度データを取得するように促され得、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のみ識別または診断される。 Described herein are software platforms, systems, devices, and methods for generating and using trained machine learning models to predict or determine the probability that a user's measured health indicator data (primary sequence) under the influence of other factors (secondary sequence) is outside the range of normal for a healthy population under the influence of similar other factors (i.e., global model), or outside the range of normal for that particular user under the influence of similar other factors (i.e., personalized model). In some embodiments, the user may be prompted to obtain additional measured high-fidelity data that may be used to label previously obtained low-fidelity user health indicator data to generate a different trained high-fidelity machine learning model that has the ability to predict or diagnose anomalies or events using only the low-fidelity health indicator data, such anomalies typically being identified or diagnosed only using the high-fidelity data.

本明細書で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動作と、オプションで、他の因子の(時間的に)対応するデータを訓練された機械学習モデルに入力する動作とを含み得、訓練された機械学習モデルは、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においてユーザの測定された健康指標データと比較され、差の絶対値がしきい値を超える場合、ユーザは、ユーザの健康指標データが正常範囲外であ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、何かを行うため、例えば、限定ではなく、追加の測定値を取得するため、または医療専門家に連絡するための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、健康な人々の集団からの健康指標データおよび他の因子の(時間的に)対応するデータが、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因子は、集団の平均値でなくてもよく、他の因子の各々に関するデータは、訓練例における個人に関する健康指標データの収集物に時間的に対応することが理解されよう。 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 time step of the prediction, and if the absolute value of the difference exceeds a threshold, the user is notified that the user's health indicator data is outside of the 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 to contact a medical professional. In some embodiments, the health indicator data and corresponding (in time) data of the other factors from a population of healthy people are used to train the machine learning model. It will be understood that the other factors in the training example used to train the machine learning model may not be population averages, and the data for each of the other factors corresponds in time to the collection of health indicator data for the individuals in the training example.

いくつかの実施形態は、時間における離散的なデータポイントを受信し、入力から未来の時間における離散的なデータポイントを予測し、次いで、未来の時間における離散的な測定入力と未来の時間における予測値との間の損失がしきい値を超えるかどうかを判定するものとして説明される。当業者は、入力データおよび出力予測が、離散的なデータポイントまたはスカラー以外の形態をとり得ることを容易に理解するであろう。例えば、限定ではなく、健康指標データシーケンス(本明細書では一次シーケンスとも呼ばれる)および他のデータシーケンス(本明細書では二次シーケンスとも呼ばれる)は、時間のセグメントに分割され得る。当業者は、データがセグメント化される方法が設計上の選択の問題であり、多くの異なる形態をと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 measurement 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 may take forms other than discrete data points or scalars. For example, and without limitation, health indicator data sequences (also referred to herein as primary sequences) and other data sequences (also referred to herein as secondary sequences) 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 may take many different forms.

いくつかの実施形態は、健康指標データシーケンス(本明細書では一次シーケンスとも呼ばれる)および他のデータシーケンス(本明細書では二次シーケンスとも呼ばれる)を2つのセグメント、特定の時間tよりも前のすべてのデータを表す過去と、時間t以降のすべてのデータを表す未来とに分割する。これらの実施形態は、過去の時間セグメントに関する健康指標データシーケンス、および過去の時間セグメントに関するすべての他のデータシーケンスを、健康指標データの最も可能性が高い未来のセグメント(または可能性のある未来のセグメントの分布)を予測するように構成された機械学習モデルに入力する。代替的には、これらの実施形態は、過去の時間セグメントに関する健康指標データシーケンス、過去の時間セグメントに関するすべての他のデータシーケンス、および未来のセグメントからの他のデータシーケンスを、健康指標データの最も可能性が高い未来のセグメント(または可能性のある未来のセグメントの分布)を予測するように構成された機械学習モデルに入力する。健康指標データの予測された未来のセグメントは、損失と、損失がしきい値を超えているかどうかとを判定するために、未来のセグメントにおけるユーザの測定された健康指標と比較され、損失がしきい値を超えている場合、なんらかのアクションがとられる。アクションは、例えば、限定ではなく、追加のデータ(例えば、ECGまたは血圧)を取得するようにユーザに通知する動作、医療専門家に連絡するようにユーザに通知する動作、または追加データの取得を自動的にトリガする動作を含み得る。追加データの自動取得は、例えば、限定ではなく、ユーザが装着するコンピューティングデバイスに(有線またはワイヤレスで)動作可能に結合されたセンサを介するECG取得、またはユーザの手首もしくは他の適切な身体部分の周囲にあり、ユーザが装着するコンピューティングデバイスに結合されたモバイルカフを介する血圧を含み得る。データのセグメントは、単一のデータポイント、時間期間にわたる多くのデータポイント、時間期間にわたるこれらのデータポイントの平均値を含み、平均値は、真の平均値、中央値、または最頻値を含み得る。いくつかの実施形態において、セグメントは、時間的に重複し得る。 Some embodiments divide the health indicator data sequence (also referred to herein as the primary sequence) and other data sequences (also referred to herein as the secondary sequence) into two segments, the past, which represents all data before a particular time t, and the future, which represents all data from time t onwards. These embodiments input the health indicator data sequence for the past time segments and all other data sequences for the past time segments into a machine learning model configured to predict the most likely future segment (or distribution of possible future segments) of health indicator data. Alternatively, these embodiments input the health indicator data sequence for the past time segments, all other data sequences for the past time segments, and other data sequences from the future segments into a machine learning model configured to predict the most likely future segment (or distribution of possible future segments) of health indicator data. The predicted future segment of health indicator data is compared to the user's measured health indicator in the future segment to determine a loss and whether the loss exceeds a threshold, and if the loss exceeds a threshold, some action is taken. Actions may include, for example, without limitation, an action of notifying the user to obtain additional data (e.g., ECG or blood pressure), an action of notifying the user to contact a medical professional, or an action of automatically triggering the acquisition of additional data. Automatic acquisition of additional data may include, for example, without limitation, an ECG acquisition via a sensor operably coupled (wired or wirelessly) to a computing device worn by the user, or a blood pressure via a mobile cuff around the user's wrist or other suitable body part and coupled to a computing device worn by the user. A segment of data may include a single data point, many data points over a period of time, an average value of these data points over a period of time, where the average value may include a true mean, a median, or a mode. In some embodiments, segments may overlap in time.

これらの実施形態は、(時間的に)対応する他の因子のデータのシーケンスの影響を受けた時間の経過に対する健康指標のデータのシーケンスの観察された挙動または測定が、訓練例から予想されるものと異なる場合を検出し、訓練例は、同様の他の因子の下で収集される。訓練例が、同様の他の因子の下で健康な個人から、または同様の他の因子の下で特定のユーザについて健康であると以前に分類されたデータから収集された場合、これらの実施形態は、それぞれ、健康な集団からまたは特定のユーザからの異常検出器として機能する。訓練例がいかなる他の分類もなしに特定のユーザから単に収集された場合、これらの実施形態は、訓練例が特定のユーザについて収集された時間と比較して、測定の時間における健康指標における変換を検出する変化検出器として機能する。 These embodiments detect when the observed behavior or measurement of a sequence of data of a health indicator over time influenced by a sequence of data of a (temporally) corresponding other factor differs from that expected from training examples, where the training examples are collected under similar other factors. If the training examples are collected from healthy individuals under similar other factors, or from data previously classified as healthy for a particular user under similar other factors, these embodiments function as anomaly detectors from a healthy population or from a particular user, respectively. If the training examples are simply collected from a particular user without any other classification, these embodiments function as change detectors that detect a transformation in the health indicator at the time of measurement compared to the time the training examples were collected for the particular user.

本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、1つまたは複数の他の因子の影響の下で人の健康指標を継続的に監視し、同様の他の因子の影響の下で健康として分類された集団を考慮して、人が健康であるかどうかを評価するために、機械学習を利用する。当業者が容易に理解するように、いくつかの異なる機械学習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、ガウスプロセス、クラスタリングアルゴリズム、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)が、本明細書に記載の範囲を超えることなく使用され得る。当業者によって理解されるように、典型的なニューラルネットワークは、例として、限定ではなく、受信され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使用し、入力層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、例として、限定ではなく、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。 Some embodiments described herein utilize machine learning to continuously monitor a person's health indicators under the influence of one or more other factors and assess whether a person is healthy, taking into account a population classified as healthy under the influence of similar other factors. As one of ordinary skill in the art would readily appreciate, a number of different machine learning algorithms or models (including, but not limited to, Bayesian, Markovian, Gaussian processes, clustering algorithms, generative models, kernels, and neural network algorithms) may be used without going beyond the scope described herein. As will be appreciated by one of ordinary skill in the art, a typical neural network may use, by way of example and not limitation, 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 an input layer and an output layer. 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, by way of example and not limitation, 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は、低忠実度データ(例えば、心拍数またはPPGデータ)として個人の心拍数および活動データを監視し、高忠実度データ(例えば、ECGデータ)を使用して通常検出される状態(例えば、AFib)を検出する。例えば、個人の心拍数は、センサによって連続的に、または離散的な間隔(5秒毎など)において提供され得る。心拍数は、PPG、パルスオキシメトリ、または他のセンサに基づいて決定され得る。いくつかの実施形態において、活動データは、歩数、感知された動きの量、または活動レベルを示す他のデータポイントとして生成され得る。低忠実度(例えば、心拍数)データおよび活動データは、次いで、高忠実度の結果の予測を決定するために機械学習システムに入力され得る。例えば、機械学習システムは、不整脈、またはユーザの心臓の健康状態の他の兆候を予測するために低忠実度データを使用し得る。いくつかの実施形態において、機械学習システムは、予測を決定するためにデータ入力のセグメントの入力を使用し得る。例えば、1時間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得る。システムは、次いで、心房細動などの状態の予測を生成するためにデータを使用することができる。本発明の様々な実施形態について、以下でより完全に論じる。 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) and detect 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 a number of steps, an amount of sensed movement, or other data points indicative of activity level. The low fidelity (e.g., heart rate) data and the activity data may then be input into a machine learning system to determine a high fidelity outcome prediction. For example, the machine learning system may use the low fidelity data to predict arrhythmia or other signs 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 of activity level data and heart rate data may be input into the machine learning system. The system may then use the data to generate a prediction of a condition such as atrial fibrillation. Various embodiments of the invention are discussed more fully below.

図1Aを参照すると、訓練された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)が、入力データ102(例えば、ボートの写真)を畳み込み層(別名、隠れ層)103に入れ、一連の訓練された重みまたはフィルタ104を、畳み込み層103の各々において入力データ103に適用する。第1の畳み込み層の出力は、第2の畳み込み層への入力である活性化マップ(図示せず)であり、この活性化マップに対し、訓練された重みまたはフィルタ(図示せず)が適用され、後続の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より複雑な特徴を表す活性化マップを結果として生じる。各畳み込み層の後、非線形層(図示せず)が、非線形性を問題に導入するために適用され、非線形層は、tanh、シグモイド、またはReLUを含み得る。場合によっては、プーリング層(図示せず)が非線形層の後に適用され、プーリング層は、ダウンサンプリング層とも呼ばれ、基本的には、同じ長さのフィルタおよびストライドを用いて入力に適用し、フィルタが畳み込むすべてのサブ領域において最大数を出力する。プーリングのための他のオプションは、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的な寸法を低減し、計算コストを削減し、過剰適合を制御する。ネットワークの最後の層は、全結合層であり、全結合層は、最後の畳み込み層の出力を受け取り、予測されるべき量を表すn次元出力ベクトルを出力し、例えば、画像分類の確率、20%の自動車、75%のボート、5%のバス、および0%の自転車を出力し、すなわち、予測出力106(O*)を結果として生じ、例えば、これは、ボートの写真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のデータポイントであり得、例えば、株価である。訓練された重み104は、以下でより完全に説明するように、畳み込み層103の各々について異なり得る。この実世界の予測/検出(例えば、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、既知のデータ入力または訓練例に対して訓練される必要があり、訓練されたCNN100を結果として生じる。CNN100を訓練するために、多くの異なる訓練例(例えば、ボートの多くの写真)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は、
上記の説明が現在の議論になんらかの文脈を提供するためにCNNのやや単純な見方を提供することを十分に理解し、任意のCNNの単独の、または他のニューラルネットワークと組み合わせての適用が、等しく適用可能であり、本明細書に記載のいくつかの実施形態の範囲内であることを十分に認識するであろう。
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 a convolutional layer (aka hidden layer) 103 and applies a series of trained weights or filters 104 to the input data 103 in each of the convolutional layers 103. The output of the first convolutional layer is an activation map (not shown) that is the input to the second convolutional layer, to which trained weights or filters (not shown) are applied, and the output of the subsequent convolutional layers results in activation maps that represent increasingly more 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) is applied after the nonlinear layer, which is also called a downsampling layer, and basically applies the same length filter and stride to the input and outputs the maximum number in all sub-regions that the filter convolves. Other options for pooling are average pooling and L2-norm pooling. The pooling layer reduces the spatial dimensions of the input volume, reducing computational costs and controlling 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, 20% car, 75% boat, 5% bus, and 0% bicycle, i.e., resulting in a predicted output 106 (O*), e.g., this is likely to be a photo of a boat. The output can be a scalar-valued data point predicted by the network, e.g., a stock price. The trained weights 104 can be different for each of the convolutional layers 103, as described more fully 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, many different training examples (e.g., many pictures of boats) are input to the model. Those skilled in the art of neural networks will understand that
It will be appreciated that the above description provides a somewhat simplistic view of CNNs to provide some context to the current discussion, and that the application of any CNN 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、訓練CNN108を示す。図1Bにおいて、畳み込み層103は、畳み込み層105n-1までの個々の隠れ畳み込み層105、105'として示され、最後の第nの層は、全結合層である。最後の層は、2つ以上の全結合層であることが理解されよう。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'~110nが直列に訓練例111に適用され、任意の隠れ層の出力は、次の層に入力され、最後の第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(例えば、ボートの写真)と比較され、出力または予測114と訓練例111との間の差116を結果として生じる。差または損失116がなんらかの事前設定された損失よりも小さい(例えば、出力または予測114は、オブジェクトがボートであると予測した)場合、CNNは、収束し、訓練されたとみなされる。CNNが収束していない場合、逆伝播の技法を使用し、重み110および110'~110nは、予測が既知の入力にどれくらい近いかに応じて更新される。当業者は、逆伝播以外の方法が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(例えば、ボートの異なる写真)が入力され、プロセスは、更新された重みを用いて再び繰り返され、更新された重みは、次いで、第nの訓練例(例えば、第nのボートの第nの写真)が入力されるまで、再び更新される。これは、畳み込みニューラルネットワーク(CNN)が訓練されるか、または既知の入力に対する正しい出力に収束するまで、同じn個の訓練例を用いて何度も繰り返される。CNN108が訓練されると、重み110、110'~110nは、固定され、訓練されたCNN100において使用され、これらの重みは、図1Aに示すような重み104である。説明したように、各畳み込み層103と、全結合層の各々に対して異なる重みが存在する。訓練されたCNN100またはモデルは、次いで、上記で説明したように、それが予測/識別するように訓練されたもの(例えば、ボート)を決定または予測するために、画像データを供給される。任意の訓練されたモデル、CNN、RNNなどは、追加の訓練例を用いて、または次いで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データを用いてさらに訓練され得、すなわち、重みの修正が許可され得る。機械学習モデルは、「オフライン」で訓練され得、例えば、訓練されたモデルを使用/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訓練された後、そのプラットフォームに転送され得る。代替的に、本明細書で説明される実施形態は、新たに取得された訓練データに基づいて、機械学習モデルを定期的または継続的に更新し得る。この更新された訓練は、ネットワーク接続を介して再訓練されたモデルを使用/実行するプラットフォームに更新された訓練モデルを送達する別の計算プラットフォーム上で発生し得、または訓練/再訓練/更新プロセスは、新たなデータが取得されるとプラットフォーム自体において発生し得る。当業者は、CNNが固定配列におけるデータ(例えば、写真、文字、単語など)、またはデータの時間シーケンスに適用可能であることを理解するであろう。例えば、順序付けられた健康指標データおよび他因子データが、CNNを使用してモデル化され得る。いくつかの実施形態は、予測された健康指標、例えば、心拍数、PPG、または不整脈に関する確率分布を決定するために、フィードフォワード、スキップ接続を有するCNN、およびガウス混合モデル出力を利用する。 FIG. 1B illustrates a training CNN 108. In FIG. 1B, the convolutional layers 103 are shown as individual hidden convolutional layers 105, 105' up to convolutional layer 105 n-1 , with the last nth layer being a fully connected layer. It will be understood that the last layer may be two or more fully connected layers. Training examples 111 are input to the convolutional layers 103, and nonlinear activation functions (not shown) and weights 110, 110' through 110 n are applied serially to the training examples 111, with the output of any hidden layer being input to the next layer, until the last 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 pre-set loss (e.g., the output or prediction 114 predicted that the object was a boat), the CNN is considered to have converged and trained. If the CNN has not converged, then using the technique of backpropagation, the weights 110 and 110′ through 110 n are updated depending on 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, which are then updated again 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. Once the CNN 108 is trained, the weights 110, 110′ through 110 n are fixed and used in the trained CNN 100, and these weights are the weights 104 as shown in FIG. 1A. As explained, there are different weights for each convolutional layer 103 and each of the fully connected layers. The trained CNN 100 or model is then fed image data to determine or predict what it was trained to predict/identify (e.g., boats) as explained above. Any trained model, CNN, RNN, etc., may be further trained with additional training examples or with prediction data output by the model then used as training examples, i.e., weights may be allowed to be modified. Machine learning models may be trained "offline", e.g., trained 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 occur on a separate computing platform that delivers the updated training model to the platform that uses/executes the retrained model via a network connection, or the training/retraining/updating process may occur on the platform itself as new data is acquired. Those skilled in the art will appreciate that CNNs are applicable to data in a fixed sequence (e.g., photos, characters, words, etc.), or time sequences of data. For example, the ordered health indicator data and other factor data can be modeled using CNN. Some embodiments utilize feedforward, CNN with skip connections, and Gaussian mixture model output to determine a probability distribution for a predicted health indicator, such as heart rate, PPG, or arrhythmia.

いくつかの実施形態は、他のタイプおよび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、増加または減少され得る。一般に、畳み込み層と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において最高のパフォーマンスを与えるかを決定することによって、実験的に設定され得る。畳み込み層の数は、0に低減され、全結合ネットワークを残すことができる。畳み込み層の数および各フィルタの幅も、増加または減少され得る。 Some embodiments may utilize other types and configurations of neural networks. The number of convolutional layers may be increased or decreased, as may the number of fully connected layers. In general, the optimal number and ratio of convolutional and fully connected layers may be set empirically by determining which configuration gives the best performance on a given dataset. The number of convolutional layers may be reduced to 0, leaving a fully connected network. The number of convolutional layers and the width of each filter may also be increased or decreased.

ニューラルネットワークの出力は、一次時間シーケンス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。代替的に、ニューラルネットワークの出力は、当業者によって容易に理解される任意の数の代替出力である一次時間シーケンス値の特定の範囲またはクラスに各カテゴリが対応するロジスティック回帰であり得る。 The output of the neural network may be a single scalar value corresponding to an accurate prediction for the primary time sequence. Alternatively, the output of the neural network may be a logistic regression where each category corresponds to a particular range or class of primary time sequence values, with any number of alternative outputs readily understood by one of ordinary skill in the art.

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、ネットワークを整形された確率分布を学習するように制約し、制限された訓練データにおける一般化を改善することを意図している。ガウス混合モデルにおけるいくつかの実施形態における複数の要素の使用は、モデルがマルチモーダル確率分布を学習することを可能にすることを意図している。異なるニューラルネットワークの結果を組み合わせるまたは集約する機械学習モデルも使用され得、結果も組み合わされ得る。 The use of Gaussian mixture model outputs in some embodiments is intended to constrain the network to learn a shaped probability distribution, improving generalization on limited training data. The use of multiple elements in some embodiments of a Gaussian mixture model 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 may also be used, and the results may also be combined.

後続の予測に適用するために以前の予測からの更新可能な記憶または状態を有する機械学習モデルは、シーケンスデータをモデル化するための別の手法である。特に、本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、リカーリング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、訓練された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。訓練されたRNN200は、更新可能な状態(S)202と、訓練された重み(W)204とを有する。入力データ206は、状態202に入力され、そこで重み(W)が適用され、予測206(P*)が出力される。線形ニューラルネットワーク(例えば、CNN100)とは対照的に、状態202は、入力データに基づいて更新され、それによって、順に次のデータを用いる次の予測のための前の状態からの記憶として機能する。状態を更新することは、RNNに循環またはループ機構を与える。よりよく実証するために、図2Bは、展開された訓練されたRNN200と、シーケンスデータへのその適用性とを示す。展開されると、RNNは、CNNに類似しているように見えるが、展開されていないRNNにおいて、一見類似している層の各々は、同じ重みがループの各反復において適用された、更新された状態を有する単一の層として現れる。説明を明確にするために単一の層がここに描かれているが、当業者は、単一の層自体がサブ層を有し得ることを認識するであろう。時間tにおける入力データ(It)208は、時間tにおける状態(St)210に入力され、訓練された重み204は、時間tにおけるセル(Ct)212内に適用される。Ct212の出力は、時間ステップt+1における予測 Machine learning models with updatable memory or states from previous predictions to apply to subsequent predictions are another approach to model sequence data. In particular, some embodiments described herein utilize recurring neural networks. Referring to the example of FIG. 2A, a diagram of a trained recurrent neural network (RNN) 200 is shown. The trained RNN 200 has updatable states (S) 202 and trained weights (W) 204. Input data 206 is input to the state 202, where the weights (W) are applied and a prediction 206 (P*) is output. In contrast to linear neural networks (e.g., CNN 100), the state 202 is updated based on the input data, thereby serving as a memory from the previous state for the next prediction using the next data in the sequence. Updating the states gives the RNN a cyclic or looping mechanism. To better demonstrate, FIG. 2B shows the trained RNN 200 deployed and its applicability to sequence data. When unrolled, the RNN looks similar to a CNN, but in an unrolled RNN, each of the seemingly similar layers appears as a single layer with updated states, with the same weights applied at each iteration of the loop. While a single layer is depicted here for clarity of explanation, one skilled in the art will recognize that the single layer may itself have sub-layers. Input data (I t ) 208 at time t is input to state (S t ) 210 at time t, and the trained weights 204 are applied within a cell (C t ) 212 at time t. The output of C t 212 represents the prediction at time step t+1.

Figure 0007495398000001
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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、同じ訓練された重み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 0007495398000002
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222である。上記のように、St+1は、Stから更新され、したがって、St+1は、前の時間ステップからのStからの記憶を有する。例えば、限定ではなく、この記憶は、1つまたは複数の以前の時間ステップからの以前の健康指標データまたは以前の他因子データを含み得る。このプロセスは、nステップの間継続し、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 above, S t+1 is updated from S t , so S t+1 has memory from S t from the previous time step. For example, and without limitation, 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 0007495398000003
Figure 0007495398000003

である。特に、状態は、以前の時間ステップから更新され、RNNに以前の状態からの記憶の利点を与える。この特性は、RNNを、いくつかの実施形態に関するシーケンスデータにおいて予測を行うための代替的な選択肢にする。しかし、上記で説明したように、CNNを含む、シーケンスデータにおいてそのような予測を実行するための他の適切な機械学習技法が存在する。 In particular, the state is updated from the previous time step, giving the RNN the advantage of memory from previous states. This property makes the RNN an alternative choice for making predictions on sequence data for some embodiments. However, as explained above, there are other suitable machine learning techniques for performing such predictions on sequence data, including CNNs.

RNNは、CNNのように、入力としてデータ列を処理し、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簡単な方法は、自然言語予測の例を使用することである。空は青い(The sky is blue)というフレーズを使用する。単語(すなわち、データ)列は、文脈を有する。そのため、状態が更新されると、データ列は、反復毎に更新され、青を予測する文脈を提供する。今説明したように、RNNは、シーケンスデータにおいて予測を行う上で支援するための記憶構成要素を有する。しかしながら、RNNの更新された状態における記憶は、短期記憶と類似して、振り返ることができる範囲において制限され得る。長期記憶と類似して、より長い振り返りが望まれるシーケンスデータを予測する場合、これを達成するために、今説明したRNNの微調整が使用され得る。予測されるべき単語が直前または周囲の単語から不明確である文、メアリーは流暢なフランス語を話す(Mary speaks fluent French)は、説明するための再び簡単な例である。フランス語が正しい予測であることは、直前の単語からは不明確であり、すなわち、ある言語が正しい予測であることだけで、どの言語であるかは不明確である。正しい予測は、単一の単語列よりも大きいギャップによって区切られた単語の文脈にある可能性がある。長短期記憶(LSTM:Long Short Term Memory)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殊な種類のRNNである。 An RNN, like a CNN, can process a data string as input and output a predicted data string. A simple way to illustrate this aspect of using an RNN is to use the example of natural language prediction. Use the phrase The sky is blue. The word (i.e., data) string has a context. So as the state is updated, the data string is updated every iteration to provide the context to predict blue. As just described, an RNN has a memory component to aid in making predictions on sequence data. However, the memory in the updated state of the RNN may be limited in the extent to which it can look back, similar to short-term memory. Similar to long-term memory, when predicting sequence data where a longer look back is desired, the fine-tuning of the RNN just described may be used to achieve this. The sentence Mary speaks fluent French, where the word to be predicted is unclear from the immediately preceding or surrounding words, is again a simple example to illustrate. It is unclear from the immediately preceding word that French is the correct prediction, i.e., it is unclear which language, only that one language is the correct prediction. The correct prediction may lie 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.

上記で説明したように、RNNは、比較的単純な繰り返し構造を有し、例えば、それらは、非線形活性化関数(例えば、tanhまたはシグモイド)を有する単一の層を有し得る。LSTMは、同様に、チェーンのような構造を有するが、(例えば)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、セルゲートと呼ばれる構造を使用することによって、LSTMに、状態への情報を削除または追加する能力を与える。同文献。図3は、LSTM RNNのためのセル300を示す。ライン302は、セルの状態(S)を表し、情報ハイウェイとみなされ得、情報が変化しないセルの状態に沿って流れるのは比較的容易である。同文献。セルゲート304、306、および308は、状態を通って、または情報ハイウェイに沿ってどれくらい多くの情報が許可されるかを決定する。セルゲート304は、最初に、どれくらい多くの情報がセル状態Stから除去されるか、いわゆる忘却ゲート層を決定する。同文献。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、予測 As explained 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 similarly have a chain-like structure, but with (for example) four neural network layers instead of one. These additional neural network layers give LSTMs the ability to remove or add information to a state by using a structure called a cell gate. Id. FIG. 3 shows a cell 300 for an LSTM RNN. Line 302 represents the state (S) of the cell and can be thought of as an information highway, where it is relatively easy for information to flow along the state of the cell that does not change. Id. Cell gates 304, 306, and 308 determine how much information is allowed through the state, or along the information highway. Cell gate 304 initially determines how much information is removed from the cell state S t , the so-called forget gate layer. Id. Cell gates 306 and 306' then determine what information is added to the cell state, and cell gates 308 and 308' determine the predicted

Figure 0007495398000004
Figure 0007495398000004

として何がセル状態から出力されるかを決定する。情報ハイウェイまたはセル状態は、次のセルにおいて使用するために、ここでセル状態St+1に更新される。LSTMは、RNNがより永続的または(より)長期の記憶を有することを許可する。LSTMは、データがどのように順序付けられているかに応じて、より単純なRNN構造よりも長い空間または時間だけ入力データから分離された文脈を出力予測が考慮するという点で、RNNベースの機械学習モデルに追加の利点を提供する。 The information highway or cell state is now updated to cell state S t+1 for use in the next cell. LSTMs allow RNNs to have more persistent or long-term memory. LSTMs provide an additional advantage to RNN-based machine learning models in that the output prediction takes into account context that is separated from the input data by a longer amount of space or time than simpler RNN structures, depending on how the data is ordered.

RNNを利用するいくつかの実施形態において、一次および二次時間シーケンスは、各時間ステップにおいてベクトルとしてRNNに提供されない場合がある。代わりに、RNNは、予測区間内の二次時間シーケンスの将来の値または集約関数とともに、一次および二次時間シーケンスの現在の値のみを提供され得る。このようにして、RNNは、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ために、永続的な状態ベクトルを使用する。 In some embodiments utilizing RNNs, the primary and secondary time sequences may not be provided to the RNN as vectors at each time step. Instead, the RNN may be provided only with the current values of the primary and secondary time sequences along with future values or aggregation functions of the secondary time sequence within the prediction horizon. In this way, 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と比較して、入力データにおける大小の異常または傾向を識別するための1つまたは複数の基準の継続的な監視によく適している。したがって、本明細書で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と、オプションで他因子データとを、訓練された機械学習モデルに入力し、訓練された機械学習モデルは、健康な人の健康指標データが次の時間ステップにおいてどのように見えるかを予測し、予測を、未来の時間ステップにおけるユーザの測定された健康指標データと比較する。差(例えば、以下で説明する損失)の絶対値がしきい値を超える場合、ユーザは、ユーザの健康指標データが正常または健康な範囲内にないことを通知される。しきい値は、設計者によって設定された数であり、いくつかの実施形態では、ユーザが通知感度を調整することを可能にするためにユーザによって変更され得る。これらの実施形態の機械学習モデルは、健康指標データのみにおいて、もしくは健康な人の集団からの(時間的に)対応する他因子データと組み合わせて訓練され得、またはモデルに関する設計ニーズに合うように他の訓練例において訓練され得る。 Machine learning is well suited for continuous monitoring of one or more criteria to identify minor or major anomalies or trends in input data compared to training examples used to train the model. Thus, some embodiments described herein input a user's health indicator data and, optionally, other factor data into a trained machine learning model, which predicts what a healthy person's health indicator data will look like in the next time step and compares the prediction to the user's measured health indicator data in future time steps. If the absolute value of the difference (e.g., loss, described below) exceeds a threshold, the user is notified that the user's health indicator data is not within a normal or healthy range. The threshold is a number set by the designer, and in some embodiments, can be changed by the user to allow the user to adjust the notification sensitivity. The machine learning models of these embodiments can be trained on the health indicator data alone, or in combination with corresponding (in time) other factor data from a population of healthy people, or on other training examples to fit the design needs for the model.

心拍数データのような健康指標からのデータは、シーケンスデータであり、より具体的には、時間シーケンスデータである。心拍数は、例えば、限定ではなく、いくつかの異なる方法で測定され得、例えば、胸部ストラップからの電気信号を測定して測定され得、またはPPG信号から導出され得る。いくつかの実施形態は、デバイスから導出された心拍数を取得し、各データポイント(例えば、心拍数)は、ほぼ等しい間隔(例えば、5秒)において生成される。しかし、場合によっては、他の実施形態において、例えば、導出に必要なデータが信頼できない(例えば、デバイスが移動したので、または光害のために、PPG信号が信頼できない)ので、導出された心拍数は、ほぼ等しい時間ステップにおいて提供されない。モーションセンサまたは他因子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シーケンスを取得することについても同じことが言える。 Data from health indicators such as heart rate data is sequence data, and more specifically, time sequence data. Heart rate can be measured in a number of different ways, for example, without limitation, by measuring an electrical signal from a chest strap, or derived from a PPG signal. Some embodiments obtain a derived heart rate from a device, where each data point (e.g., heart rate) is generated at approximately equal intervals (e.g., 5 seconds). However, in some cases, 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., the device has moved, or the PPG signal is unreliable due to light pollution). The same is true for obtaining a secondary sequence of data from a motion sensor or other sensor used to collect other factor data.

生の信号/データ(EEC、胸部ストラップ、またはPPG信号からの電気信号)自体は、いくつかの実施形態に従って使用され得るデータの時間シーケンスである。明確にする目的のために、限定ではなく、この説明は、健康指標を表すデータを指すためにPPGを使用する。当業者は、健康指標に関するデータ、生のデータ、波形、または生のデータもしくは波形から導出された数のいずれかの形態が、本明細書で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を容易に認識するであろう。 The raw signal/data (electrical signal from EEC, chest strap, or PPG signal) itself is a time sequence of data that may be used in accordance with some embodiments. For purposes of clarity, and not limitation, this description uses PPG to refer to data representing health indicators. Those skilled in the art will readily recognize that any form of data relating to health indicators, raw data, waveforms, or numbers derived from raw data or waveforms, may be used in accordance with some embodiments described herein.

本明細書で説明される実施形態で使用され得る機械学習モデルは、例として、限定ではなく、ベイズ、マルコフ、ガウスプロセス、クラスタリングアルゴリズム、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は、訓練された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、追加の実施形態は、LTSM RNNを使用する。明確にする目的のために、限定ではなく、リカレントニューラルネットワークは、本明細書のいくつかの実施形態を説明するために使用される。 Machine learning models that may be used in the embodiments described herein include, by way of example and without limitation, 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 LTSM RNNs. For purposes of clarity, and without limitation, recurrent neural networks are used to describe some embodiments herein.

図4A~図4Cは、PPGの時間に対する仮想的プロット(図4A)、歩数の時間に対する仮想的プロット(図4B)、および気温の時間に対する仮想的プロット(図4C)を示す。PPGは、健康指標データの一例であり、歩数、活動レベル、および気温は、健康指標データに影響を与える可能性がある他の因子に関する他因子データの例である。当業者によって認識されるように、他のデータは、限定はしないが、GPSデータ、体重計、ユーザ入力などを含む多くの既知のソースのうちのいずれかから取得され得、限定はしないが、気温、活動(ランニング、ウォーキング、座る、サイクリング、転倒、階段を上る、歩みなど)、BMI、体重、身長、年齢などを含み得る。3つのプロットすべてを垂直に走る第1の点線は、訓練された機械学習モデル(以下で論じる)に入力するためのユーザデータが取得された時間tを表す。図4Aにおけるハッシュ化されたプロット線は、予測されたまたは可能性が高い出力データ402を表し、図4Aにおける実線404は、測定されたデータを表す。図4Bは、様々な時間におけるユーザの歩数の仮想プロットであり、図4Cは、様々な時間における気温の仮想プロットである。 4A-4C show hypothetical plots of PPG versus time (FIG. 4A), steps versus time (FIG. 4B), and temperature versus time (FIG. 4C). PPG is an example of health indicator data, and steps, activity level, and temperature are examples of multifactor data related to other factors that may affect the health indicator data. As will be recognized by those skilled in the art, the other data may be obtained from any of many known sources, including, but not limited to, 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, walking, etc.), BMI, weight, height, age, and the like. The first dotted line running vertically through all three plots represents the time t at which user data was obtained for input into a trained machine learning model (discussed below). The hashed 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 a user's step count 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)、歩数(R)、および気温(T)を受信するための訓練されたリカレントニューラルネットワーク500の概略図を示す。これらの入力データ(P、R、およびT)が健康指標データおよび他因子データの単なる例であることを再び強調する。2つ以上の健康指標に関するデータが入力および予測され得、2つよりも多いまたは少ない他因子データが使用され得、選択は、モデルが何のために設計されているかに依存することも理解されよう。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他因子データが収集されることが、当業者によってさらに理解されるであろう。場合によっては、他因子データ、例えば、体重は、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 of a trained recurrent neural network 500 for receiving the input data shown in FIGS. 4A-4C, i.e., PPG (P), step count (R), and temperature (T). It is emphasized again that these input data (P, R, and T) are merely examples of health indicator data and other factor data. It will also be understood that data regarding more than one health indicator may be input and predicted, and more or less other factor data than two may be used, with the selection depending on what the model is designed for. It will be further understood by those skilled in the art that the other factor data is collected to correspond in time with the collection or measurement of the health indicator data. In some cases, the other factor data, e.g., weight, remains relatively constant over a certain period of time.

図5Aは、訓練されたニューラルネットワーク500をループとして示している。P、T、およびRは、RNN500の状態502に入力され、そこで体重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*|がしきい値よりも大きいかどうかが判定される。そうである場合、ステップ510は、ユーザの健康指標が、正常として予測されたまたは健康な人について予測された境界/しきい値の外にあることをユーザに通知/警告する。警告/通知/検出は、例えば、限定ではなく、医師の診察/相談の提案、触覚フィードバックのような単純な通知、ECGのような追加の測定値をとる要求、または推奨なしの単純なメモ、またはそれらの任意の組合せであり得る。|ΔP*|がしきい値以下である場合、ステップ512は、何もしない。ステップ510とステップ512の両方において、処理は、次の時間ステップにおいて新しいユーザデータを用いて繰り返される。この実施形態では、状態は、予測されたデータの出力に続いて更新され、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 state 502 of the RNN 500, where 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 so, step 510 notifies/warns the user that the user's health indicators are outside of the boundaries/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/consult 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 thereof. 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 output of the 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、(例えば、PPG信号から導出された)心拍数データの一次シーケンスおよび他因子データの二次シーケンスが訓練された機械学習モデルに提供され、訓練された機械学習モデルは、RNN、CNN、他の機械学習モデル、またはモデルの組合せであり得る。この実施形態では、機械学習モデルは、
A.時間tにおける任意の健康指標データまででそれを含む最後の300の健康指標サンプル(例えば、1分あたりの心拍数)の長さ300のベクトル(VH)と、
B.VHにおける各サンプルのおおよその時間における最新の他因子データ、例えば、歩数を含む長さ300の少なくとも1つのベクトル(VO)と、
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)およびVH(i-1)のタイムスタンプ間の時間差を含む、長さ300のベクトル(VTD)と、
D.tからt+τまでの時間期間にわたって測定された平均の他因子率(例えば、ステップ率)を表すスカラー予測区間他因子率Orate(例えば、限定ではなく、ステップ率)であって、τが、例えば、限定ではなく、2.5分であり、未来の予測区間である、スカラー予測区間他因子率Orate
を基準時間tにおいて入力として受信するように構成される。
In another embodiment not shown, the primary sequence of heart rate data (e.g., derived from a PPG signal) and the secondary sequence of other factor data are provided to a trained machine learning model, which may be an RNN, a CNN, another machine learning model, or a combination of models. In this embodiment, the machine learning model is
A. A vector ( VH ) of length 300 of the last 300 health indicator samples (e.g., heart rate per minute) up to and including any health indicator data at time t;
At least one vector (V O ) of length 300 containing the most recent other factor data, e.g., step counts, at the approximate time of each sample in BV H ;
C. A vector (V TD ) of length 300 whose entry V DT (i) at index i contains the time difference between the timestamps of health index samples V H (i) and V H (i-1);
The method is configured to receive as input at a reference time t a scalar prediction interval other-factor rate O rate (e.g., but not limited to, step rate) that represents an average other-factor rate (e.g., step rate ) measured over a time period from Dt to t+τ, where τ is, for example, but not limited to, 2.5 minutes, a future prediction interval.

この実施形態の出力は、例えば、tからt+τまでの時間期間にわたって測定された予測心拍数を特徴付ける確率分布であり得る。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時間シーケンスと他因子データシーケンスとを含む訓練例を用いて訓練される。1つの代替実施形態では、通知システムは、t+τ/2の各予想健康指標(例えば、心拍数)分布にタイムスタンプを割り当て、したがって、予測区間(τ)内に予測分布を集中させる。通知ロジックは、この実施形態において、次いで、長さWL=2*(τ)またはこの例では5分のスライディングウィンドウ(W)内のすべてのサンプルを考慮し、3つのパラメータ、
1.時間ウィンドウ内のすべての健康指標シーケンスデータの平均値
The output of this embodiment can be, for example, a probability distribution characterizing the predicted heart rate measured over the time period from t to t+τ. In some embodiments, the machine learning model is trained using training examples that include a continuous time sequence of health indicator data and a multifactor data sequence. In one alternative embodiment, the notification system assigns a timestamp to each predicted health indicator (e.g., heart rate) distribution for t+τ/2, thus centering the prediction distribution within the prediction 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 the prediction interval (τ) based on three parameters:
1. Average value of all health indicator sequence data in the time window

Figure 0007495398000005
Figure 0007495398000005

と、
2.予測タイムスタンプが時間ウィンドウ内に入る健康指標のすべてのモデル予測の平均値
and,
2. The average of all model predictions for the health indicators whose prediction timestamp falls within the time window

Figure 0007495398000006
Figure 0007495398000006

と、
3.時間ウィンドウ内の各予測健康指標分布の二乗平均平方根の中央値
and,
3. The root mean square median of each predicted health indicator distribution within the time window

Figure 0007495398000007
Figure 0007495398000007

とを計算し、ここで、
4.一実施形態において、
Calculate where:
4. In one embodiment,

Figure 0007495398000008
Figure 0007495398000008

または or

Figure 0007495398000009
Figure 0007495398000009

の場合、通知が生成され、ここで、Ψは、しきい値である。 A notification is generated if , where Ψ is the threshold.

この実施形態において、測定された健康指標が特定のウィンドウW内の予測された健康指標値の平均値から標準偏差の特定の倍数を超える場合、警告が生成される。ウィンドウWは、測定および予測された健康指標値のシーケンスにわたってスライド方式で適用され得、各ウィンドウは、設計者が指定した部分、例えば、0.5分だけ前のウィンドウと重複する。 In this embodiment, an alert is generated if the measured health index is more than a certain multiple of a standard deviation from the mean of the predicted health index values within a certain window W. The window W may be applied in a sliding fashion over the sequence of measured and predicted health index values, with each window overlapping the previous window by a designer-specified portion, e.g., 0.5 minutes.

通知は、任意の数の異なる形態をとり得る。例えば、限定ではなく、ECGおよび/または血圧を取得するようにユーザに通知し得、ECGおよび/または血圧(例えば)を自動的に取得するようにコンピューティングシステム(例えば、ウェアラブルなど)に指示し得、医師の診断を受けるようにユーザに通知し得、または健康指標が正常ではないことを単にユーザに通知し得る。 The notification may take any number of different forms. For example, without limitation, the notification may notify the user to obtain an ECG and/or blood pressure, may instruct a computing system (e.g., a wearable, etc.) to automatically obtain an ECG and/or blood pressure (for example), may notify the user to seek medical attention, or may simply notify the user that a health indicator is not normal.

この実施形態における、モデルへの入力としてのVDTの選択は、モデルがVH内の健康指標データ間の可変間隔内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しており、可変間隔は、一貫性のない生データから健康指標データを導出するアルゴリズムから生じ得る。例えば、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に信頼性のある生のPPGデータを有する場合にのみ、Apple Watchアルゴリズムによって生成され、それは、心拍数サンプル間に不規則な時間ギャップを結果として生じる。同様に、この実施形態は、一次シーケンス(健康指標)と二次シーケンス(他因子)との間の異なる不規則なサンプルレートを処理するために、他のベクトルと同じ長さを有する他因子データに関するベクトル(VO)を利用する。二次シーケンスは、この実施形態では、一次時間シーケンスと同じ時点に再マッピングまたは補間される。 The selection of VDT as an input to the model in this embodiment is intended to allow the model to utilize information contained in the variable intervals between health indicator data in VH , which may result from an algorithm that derives health indicator data from inconsistent raw data. For example, heart rate samples are generated by the Apple Watch algorithm only when it has sufficiently reliable raw PPG data to output a reliable heart rate value, which results in irregular time gaps between heart rate samples. Similarly, this embodiment utilizes a vector (VO) for other factor data that has the same length as the other vectors to handle the different irregular sample rates between the primary sequence (health indicator) and the secondary sequence (other factors). The secondary sequence is remapped or interpolated to the same time point as the primary time sequence in this embodiment.

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(例えば、t後)から機械学習モデルへの入力として提示される二次時間シーケンスからのデータの構成は、修正され得る。いくつかの実施形態において、予測区間にわたる平均他因子データレートを含む単一のスカラー値は、例えば、二次時間シーケンス毎に1つの、複数のスカラー値を用いて修正され得る。または、値のベクトルが予測区間にわたって使用され得る。加えて、予測区間自体が調整され得る。例えば、より短い予測区間は、変化に対するより速い応答と、基本的なタイムスケールが(より)短いイベントの改善された検出とを提供し得るが、モーションアーチファクトなどのノイズ源からの干渉に対してより敏感にもなり得る。 Furthermore, in some embodiments, the composition of data from the secondary time sequences presented as input to the machine learning model from future prediction time intervals (e.g., after t) may be modified. In some embodiments, a single scalar value containing the average multifactor data rate over the prediction horizon may be modified using multiple scalar values, e.g., one for each secondary time sequence. Or, a vector of values may be used over the prediction horizon. In addition, the prediction horizon itself may be adjusted. For example, a shorter prediction horizon may provide faster response to changes and improved detection of events with short(er) underlying timescales, but may also be more sensitive to interference from noise sources such as motion artifacts.

同様に、機械学習モデル自体の出力予測は、スカラーである必要はない。例えば、いくつかの実施形態は、tとt+τとの間の時間間隔内の複数の時間tに対する予測の時系列を生成し得、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測定値と比較し得る。 Similarly, the output predictions of the machine learning model itself need not be scalar. For example, some embodiments may generate a time series of predictions for multiple times t in the time interval between t and t+τ, and the alerting logic may compare each of these predictions to measurements in the same time interval.

この先行する実施形態では、機械学習モデル自体は、例えば、7層のフィードフォワードニューラルネットワークを備え得る。最初の3つの層は、各々が24のカーネル幅と2のストライドとを有する32のカーネルを含む畳み込み層であり得る。第1の層は、入力として3つのチャネルにおけるアレイVH、VO、およびVTDを有し得る。最後の4つの層は、全結合層であり得、最後の層を除いてすべて双曲線正接活性化関数を利用する。第3の層の出力は、第1の全結合層への入力のために、1つのアレイにフラット化され得る。最後の層は、10個の混合物を有するガウス混合モデルをパラメータ化した30の値(各混合物について平均値、分散、および重み)を出力する。ネットワークは、層7への入力を生成するために層6の出力が層4の出力と合計されるように、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する。標準のバッチ正規化が、0.97の減衰で、最後の層を除くすべての層に対して使用され得る。スキップ接続およびバッチ正規化の使用は、ネットワークを介して勾配を伝播する能力を改善することができる。 In this prior embodiment, the machine learning model itself may comprise, 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 may be fully connected layers , all utilizing a hyperbolic tangent activation function except for the last layer. The output of the third layer may be flattened into one array for input to the first fully connected layer. The last layer outputs 30 values (mean, variance, and weight for each mixture) that parameterize a Gaussian mixture model with 10 mixtures. The network uses skip connections between the first and third fully connected layers such that 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 for all layers except the last layer, with a decay of 0.97. The use of skip connections and batch normalization may 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与える可能性がある。機械学習モデル構成は、2つのタイプの考慮事項に分けられ得る。第1は、モデルの内部アーキテクチャであり、モデルのタイプ(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、一般化された非線形回帰)の選択、ならびにモデルの実装形態を特徴付けるパラメータ(一般に、パラメータの数、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であり、モデルに供給されるデータの配置、およびモデルが解決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、モデルに入力として提供されるデータの次元およびタイプ、そのデータが及ぶ時間範囲、ならびにデータに対して行われる前処理または後処理によって部分的に特徴付けられる。 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. The first is the internal architecture of the model, meaning the choice of the type of model (convolutional neural network, recurrent neural network, generalized nonlinear regression, such as random forests) as well as the parameters that characterize the model's implementation (generally the number of parameters and/or the number of layers, number of decision trees, etc.). The second is the external architecture of the model, the arrangement of the data fed to the model and the specific parameters of the problem the model is being asked to solve. The external architecture is characterized in part by the dimensionality and type of data provided as input to the model, the time range that that data spans, and any pre- or post-processing performed on the data.

一般的に言えば、外部アーキテクチャの選択は、機械学習モデルの予測力を高め得る、パラメータの数と入力として提供される情報の量とを増加させることと、より大きいモデルを訓練および評価するための利用可能なストレージおよび計算能力と、過剰適合を防ぐのに十分な量のデータの可用性との間のバランスである。 Generally speaking, the choice of external architecture is a balance between increasing the number of parameters and amount of information provided as input, which can increase the predictive power of the machine learning model, 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論じた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、ならびにカバーされる絶対長(要素の数)および時間は、変更され得る。各入力ベクトルが同じ長さである必要はなく、または同じ期間をカバーする必要はない。データは、時間的に均等にサンプリングされる必要はなく、例えば、限定ではなく、心拍数データの6時間の履歴を提供し得、tの1時間未満前のデータは、1Hzのレートでサンプリングされ、tの1時間よりも前でtの2時間未満前のデータは、0.5Hzのレートでサンプリングされ、2時間よりも古いデータは、0.1Hzのレートでサンプリングされ、tは、基準時間である。 Many variations of the external architecture of the model discussed in some embodiments are possible. The number of input vectors can be varied, as well as the absolute length (number of elements) and time covered. Each input vector need not be the same length or cover the same period of time. The data need not be evenly sampled in time, for example, without limitation, one could provide a 6 hour history of heart rate data, where data less than 1 hour before t is sampled at a rate of 1 Hz, data more than 1 hour before t and less than 2 hours before 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 a reference time.

図5Bは、展開された訓練されたRNN500を示す。入力データ513(Pt、Rt、およびTt)が時間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、時間t+1における予測 5B shows the trained RNN 500 deployed. 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 0007495398000010
Figure 0007495398000010

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'がSt+1522に入力され、訓練された重み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 0007495398000011
Figure 0007495398000011

523である。上記のように、St+1は、Stを更新した結果であり、したがって、St+1は、前の時間ステップにおけるセル(Ct)518における動作からのStからの記憶を有する。このプロセスは、nステップの間継続し、入力データ(Pn、Rn、およびTn)513''がSn530に入力され、訓練された重み516が適用される。セルCtの出力は、予測532 523. As above, S t+1 is the result of updating S t , so S t+1 has memory from S t from the operation in cell (C t ) 518 in the previous time step. This process continues for n steps, with input data (P n , R n , and T n ) 513″ being input to S n 530 and trained weights 516 being applied. The output of cell C t is the prediction 532

Figure 0007495398000012
Figure 0007495398000012

である。特に、訓練されたRNNは、全体を通して同じ重みを適用するが、重要なことに、状態は、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記憶の利点を提供する。当業者は、依存する健康指標データを入力する時間の順序が変化する可能性があり、依然として所望の結果を生成するであろうことを理解するであろう。例えば、前の時間ステップからの測定された健康指標データ(例えば、Pt-1)および現在の時間ステップからの他因子データ(例えば、RtおよびTt)は、現在の時間ステップにおける状態(St)に入力され得、そこで、モデルは、現在の時間ステップにおける健康指標 In particular, the trained RNN applies the same weights throughout, but importantly, the state is updated from the previous time step, providing the RNN with the benefit of memory from the previous time step. Those skilled in the art will appreciate that the time order of inputting dependent health index data can vary and still produce the desired results. For example, measured health index data from the 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 into the state (S t ) at the current time step, where the model determines the health index at the current time step.

Figure 0007495398000013
Figure 0007495398000013

を予測し、その健康指標は、上記で説明したように、ユーザの健康指標が正常であるかまたは健康範囲内にあるかどうかを判定するために、現在の時間ステップにおける測定された健康指標データと比較される。 and the health indicators are compared to the measured health indicator data at the current time step to determine whether the user's health indicators are normal or within a healthy range, as described above.

図5Cは、ユーザの健康指標シーケンスデータ、この例ではPPGが、健康な人のバンドまたはしきい値内にあるかどうかを判定するための、訓練されたRNNの代替実施形態を示す。この実施形態における入力データは、線形結合 Figure 5C shows an alternative embodiment of a trained RNN to determine whether a user's health indicator sequence data, in this example PPG, is within a healthy person band or threshold. The input data in this embodiment is a linear combination of

Figure 0007495398000014
Figure 0007495398000014

であり、ここで、 where,

Figure 0007495398000015
Figure 0007495398000015

は、時間tにおける予測された健康指標値であり、Ptは、時間tにおける測定された健康指標である。この実施形態では、αは、損失(L)の関数として非線形的に0~1の範囲であり、ここで、損失およびαについては、以下でより詳細に論じる。ここで注目に値するのは、αがゼロに近い場合、測定されたデータPtがネットワークに入力され、αが1に近い場合、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), where loss and α are discussed in more detail below. It is worth noting here that when α is close to zero, the measured data Pt is input to the network, and when α is close to 1, the predicted data

Figure 0007495398000016
Figure 0007495398000016

が、次の時間ステップにおいて予測を行うためにネットワークに入力される。時間tにおける他因子データ(Ot)もオプションで入力され得る。 is input to the network to make a prediction at the next time step. Other factor data at time t (O t ) can also be optionally input.

ItおよびOtが状態Stに入力され、状態Stは、いくつかの実施形態では、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 predicted health index data at time step t+1.

Figure 0007495398000017
Figure 0007495398000017

の確率分布(β)、 Probability distribution of (β),

Figure 0007495398000018
Figure 0007495398000018

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 0007495398000019
Figure 0007495398000019

を選択するためにサンプリングされる。当業者によって理解されるように、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得、その方法は、確率分布の平均値、最大値、またはランダムサンプリングをとることを含み得る。時間t+1において測定されたデータを使用してβt+1を評価することは、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を提供する。 As will be appreciated by those skilled in the art, 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 data measured at time t+1 provides the probability that state S t+1 would have predicted given the measured data.

この概念を説明するために、図5Dは、時間t+1における仮想的健康指標データの範囲に対する仮想的確率分布を示す。この関数は、時間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. This function is the predicted health indicator at time t+1.

Figure 0007495398000020
Figure 0007495398000020

を決定するために、例えば、最大確率0.95においてサンプリングされる。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 To determine β t+1 , the probability distribution (β t+1 ) is also sampled with a maximum probability of 0.95.

Figure 0007495398000021
Figure 0007495398000021

を使用して評価され、実際のデータがモデルに入力された場合に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 real data had been fed into the model. In this example,

Figure 0007495398000022
Figure 0007495398000022

は、0.85である。 is 0.85.

訓練された機械学習モデルによって予測されるように、ユーザの健康状態が正常範囲内にないことをユーザに通知するかどうかを決定するのを助けるために、損失が定義され得る。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くらい近いかをモデル化するために選択される。当業者は、損失を定義する多くの方法を認識するであろう。本明細書で説明される他の実施形態において、例えば、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)]であり得、ここで、 A loss may be defined to help determine whether to notify the user that their health condition 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 recognize 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 0007495398000023
Figure 0007495398000023

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くらい近いかの尺度である。β(p)は、0から1までの範囲であり、ここで、1は、予測値および測定値が同じであることを意味する。したがって、低い損失は、予測値が測定値と同じかまたは近い可能性が高いことを示し、この文脈では、それは、測定データが、健康/正常な人からのものであ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に関するしきい値が設定され、例えば、L>5であり、ここで、ユーザは、健康指標データが健康であるとみなされる範囲外であることを通知される。他の実施形態は、時間期間にわたる損失の平均をとり、その平均をしきい値と比較し得る。いくつかの実施形態において、しきい値自体は、予測値の統計的計算または予測値の平均の関数であり得る。いくつかの実施形態において、しきい値自体は、健康指標が健康範囲内にないことをユーザに通知するために、以下の式が使用され得、 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, where 1 means the predicted and measured values are the same. Thus, a low loss indicates that the predicted value is likely to be the same or close to the measured value, which in this context means that the measured data appears to be from a healthy/normal person. In some embodiments, a threshold on L is set, e.g., L>5, where the user is notified that the health index data is outside of a range considered healthy. Other embodiments may take an average of 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 values or 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 a healthy range:

Figure 0007495398000024
Figure 0007495398000024

(Prange)は、測定された健康指標データを時間範囲にわたって平均化する方法によって決定され、 (P range ) is determined by a method for averaging the measured health index data over a time range,

Figure 0007495398000025
Figure 0007495398000025

は、予測された健康指標データを同じ時間範囲にわたって平均化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 0007495398000026
Figure 0007495398000026

は、同じ時間範囲にわたるネットワークから導出された標準偏差のシーケンスの中央値であり、 is the median of the sequence of standard deviations derived from the network over the same time range,

Figure 0007495398000027
Figure 0007495398000027

は、 teeth,

Figure 0007495398000028
Figure 0007495398000028

において評価された標準偏差の関数であり、しきい値として機能し得る。 is a function of the standard deviation evaluated at and can act as a threshold.

使用され得る平均化する方法は、限定ではない例として、平均、算術平均、中央値、および最頻値を含む。いくつかの実施形態において、計算された数値を歪めないように、外れ値が除去される。 Averaging methods that may be used include, by way of non-limiting example, the mean, the arithmetic mean, the median, and the mode. In some embodiments, outliers are removed so as not to skew the calculated numerical values.

図5Cに示す実施形態に関する入力データ Input data for the embodiment shown in Figure 5C

Figure 0007495398000029
Figure 0007495398000029

を参照すると、αtは、Lの関数として定義され、0から1までの範囲である。例えば、α(L)は、線形関数もしくは非線形関数であり得、またはLのある範囲にわたって線形であり、Lの別の範囲にわたって非線形であり得る。一実施形態において、図5Eに示すように、関数α(L)は、0と3との間のLについて線形であり、3と13との間のLについて二次であり、13よりも大きいLについて1である。この実施形態について、Lが0と3との間である場合(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場合)、α-1がゼロに近くなるので、入力データIt+1は、ほぼ測定データPt+1になる。Lが大きい場合、例えば、13よりも大きい場合、α(L)は、1であり、これは、入力データ Referring 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 or nonlinear function, or may be linear over one range of L and nonlinear over another range of L. In one embodiment, 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), α-1 is close to zero, so that the input data I t+1 is nearly the measured data Pt+1 . When L is large, e.g., greater than 13, α(L) is 1, which means that the input data

Figure 0007495398000030
Figure 0007495398000030

を、時間t+1における予測された健康指標にする。Lが1と13との間である場合、α(L)は、二次関数的に変化し、入力データに対する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相対的な寄与も変化する。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および測定された健康指標データの線形結合は、この実施形態では、任意の特定の時間ステップにおける予測データと測定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。すべてのこれらの例において、入力データは、他因子データ(Ot)も含み得る。これは、セルフサンプリングの単なる一例であり、予測データおよび測定データのなんらかの組合せが、訓練されたネットワークへの入力として使用される。当業者は、多くの他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 quadratically, and the relative contribution of the predicted health index data and the measured health index data to the input data also varies. The linear combination of the predicted health index data and the measured health index data weighted by α(L) allows the input data to be weighted between the predicted data and the 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 some combination of the predicted data and the 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、訓練された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、訓練された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。一例として、限定としてではなく、図6は、いくつかの実施形態によるRNNの訓練を実証するために、展開されたRNNを示す。セル602は、初期状態S0604と重み行列W606とを有する。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が状態S0に入力され、重みWが適用され、第1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. By way of example, and not by way of limitation, FIG. 6 shows an unfolded RNN to demonstrate training of the 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 at the first time step.

Figure 0007495398000031
Figure 0007495398000031

が、セル602から出力され、 is output from cell 602,

Figure 0007495398000032
Figure 0007495398000032

が、時間ステップ1において取得されたPPG(P1)を使用して計算される。セル602はまた、時間ステップ1における更新された状態608(S1)を出力し、この状態は、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が状態S1に入力され、重み606Wが適用され、時間ステップ2における予測されたPPG is calculated using the PPG (P 1 ) obtained at time step 1. Cell 602 also outputs an updated state 608 (S 1 ) at time step 1, which enters cell 610. The step rate data R 1 , temperature data T 1 , and PPG data P 1 at time step 1 are input to state S 1 and weight 606W is applied to obtain the predicted PPG at time step 2.

Figure 0007495398000033
Figure 0007495398000033

がセル610から出力され、 is output from cell 610,

Figure 0007495398000034
Figure 0007495398000034

が、時間ステップ2において取得されたPPG(P2)を使用して計算される。セル610はまた、時間ステップ2における更新された状態612(S2)を出力し、この状態は、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がS2に入力され、重み606Wが適用され、時間ステップ3における予測されたPPG is calculated using the PPG ( P2 ) obtained at time step 2. Cell 610 also outputs an 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 weight 606W is applied to obtain a predicted PPG at time step 3.

Figure 0007495398000035
Figure 0007495398000035

がセル614から出力され、 is output from cell 614,

Figure 0007495398000036
Figure 0007495398000036

が、時間ステップ3において取得されたPPG(P3)を使用して計算される。これは、時間ステップnにおける状態616が出力され、 is calculated using the PPG (P 3 ) obtained at time step 3. This is because the state 616 at time step n is output,

Figure 0007495398000037
Figure 0007495398000037

が計算されるまで継続される。ΔP*'は、畳み込みニューラルネットワークの訓練と同様に、重み行列を調整するために逆伝播において使用される。しかしながら、畳み込みネットワークとは異なり、リカレントニューラルネットワークにおける同じ重み行列が各反復において適用され、訓練中の逆伝播においてのみ変更される。健康指標データおよび対応する他因子データを有する多くの訓練例が、RNN600が収束するまでRNN600に何度も入力される。前に論じたように、LTSM 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的な文脈分析を提供するいくつかの実施形態において使用され得、それは、ネットワークが(より)長期的な相関関係を学習するとき、よりよい予測を提供し得る。言及もされ、当業者が容易に理解するように、他の機械学習モデルは、本明細書で説明される実施形態の範囲内に入り、例として、限定ではなく、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。 ΔP * ' is used in backpropagation to adjust the weight matrix, similar to training a convolutional neural network. However, unlike a convolutional network, the same weight matrix in a recurrent neural network is applied at each iteration and is only changed in backpropagation during training. Many training examples with health indicator data and corresponding other factor data are input to the RNN 600 many times until the RNN 600 converges. As previously discussed, LTSM RNNs may be used in some embodiments where the state of such a network provides a longer-term contextual analysis of the input data, which may provide better predictions when the network learns (more) long-term correlations. As also mentioned and as those skilled in the art will readily understand, other machine learning models fall within the scope of the embodiments described herein and may include, by way of example and without limitation, CNNs or other feed-forward networks.

図7Aは、ユーザの測定された健康指標が、同様の他因子の下にある健康な人の健康指標に関する正常のしきい値の範囲内にあるか、または範囲外にあるかを予測するシステム700を示す。システム700は、機械学習モデル702と、健康検出器704とを有する。機械学習モデル702に関する実施形態は、例えば(限定ではなく)、訓練された機械学習モデル、訓練された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。訓練された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(時間的に)対応する他因子データが収集された健康な人の集団からの訓練例において訓練され得る。代替的に、訓練された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において訓練され得、パーソナライズされた訓練された機械学習モデルにし得る。当業者は、一般に訓練されたネットワークおよびシステムに関する用途または設計に応じて、異なる集団からの訓練例が選択され得ることを理解するであろう。当業者は、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が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。例えば、限定ではなく、PPGデータ、心拍数データ、血圧データ、体温データ、血中酸素濃度データなどのうちの1つまたは複数が、モデルを訓練し、ユーザの健康を予測するために使用され得る。健康検出器704は、損失、または測定データを用いて予測出力を分析することによって決定された他のメトリックが、正常とみなされるしきい値を超え、したがって不健康であるかどうかを判定するために、機械学習モデル702からの予測708と、入力データ710とを使用する。システム700は、通知、またはユーザの健康の状態を出力する。この通知は、本明細書で論じるように多くの形態をとり得る。入力発生器706は、センサ(図示せず)を装着している、またはセンサと接触しているユーザからのセンサによるデータを継続的に取得し、データは、ユーザの1つまたは複数の健康指標を表す。(時間的に)対応する他因子データは、本明細書で説明するように、または当業者にとって容易に明らかであるように、別のセンサによって収集され得、または他の手段を介して取得され得る。 7A shows a system 700 that predicts whether a user's measured health indicator is within or outside of a normal threshold range for a health indicator of a healthy person under similar other factors. The system 700 has a machine learning model 702 and a health detector 704. Embodiments relating to the machine learning model 702 include, 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 other factor data (in time) were collected. Alternatively, the trained RNN, other network, or combination of networks may be trained on training examples from a particular user, resulting in a personalized trained machine learning model. Those skilled in the art will appreciate that training examples from different populations may be selected depending on the application or design for the trained network and system in general. Those skilled in the art will also readily appreciate 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, temperature data, blood oxygen level data, etc., may be used to train a model and predict the health of the user. The health detector 704 uses the predictions 708 from the machine learning model 702 and the input data 710 to determine whether the loss or other metric determined by analyzing the prediction output with the measurement data exceeds a threshold considered normal and therefore unhealthy. The system 700 outputs a notification, or a status of the health of the user. This notification may take many forms as discussed herein. The input generator 706 continuously acquires sensory data from a user wearing or in contact with a sensor (not shown), the data being representative of one or more health indicators of the user. Corresponding (in time) other factor data may be collected by another sensor or acquired via other means, as described herein or as would be readily apparent to one of ordinary skill in the art.

入力発生器706はまた、他因子データを決定/計算するためにデータを収集し得る。入力発生器は、例えば、限定ではなく、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(例えば、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)、スマートウォッチおよびモバイルデバイスの組合せ、データをモバイルデバイスもしくは他のポータブルコンピューティングデバイスに送信する能力を有する外科的に埋め込まれたデバイス、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、ユーザ入力発生器706は、1つまたは複数の健康指標に関連するデータを測定するためのセンサ(例えば、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、もしくはラップトップコンピュータは、センサを搭載し得、またはセンサは、リモートに配置され得(外科的に埋め込まれ得るか、モバイルデバイスから離れて身体に接触され得るか、またはなんらかの分離したデバイスであり得る)、これらのすべての場合において、モバイルデバイスは、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し得るネットワークを介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。例えば、限定ではなく、システム700は、機械学習モデル702および健康検出器704がデバイス上、例えば、腕時計のメモリまたは腕時計上のファームウェアに配置された、スマートウォッチまたはウェアラブルであり得る。腕時計は、ユーザ入力発生器706を有し、直接通信、ワイヤレス通信(例えば、WiFi、音、Bluetooth(登録商標)など)、またはネットワーク(例えば、インターネット、イントラネット、エクストラネットなど)を介する、またはそれらの組合せを介して他のコンピューティングデバイス(例えば、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)と通信し得、訓練された機械学習モデル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得る。当業者は、本明細書で説明する実施
形態の範囲を超えることなく、システム700の任意の数の構成が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 remotely located (may be surgically implanted, may be in contact with the body away from the mobile device, or may be 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 may communicate. For example, and without limitation, the system 700 may be a smart watch or wearable in which the machine learning model 702 and the health detector 704 are located on the device, e.g., in the memory of the watch or in 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 a network (e.g., the Internet, an intranet, an extranet, etc.), or combinations thereof, in which the trained machine learning model 702 and the health detector 704 may be 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が示されている。スマートウォッチ712は、すべての回路およびマイクロプロセッサ、ならびに当業者に知られている処理デバイス(図示せず)を含む腕時計714を含む。腕時計714は、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ディスプレイ716も含む。同様にディスプレイ716上に表示されるのは、正常または健康な集団に関する予測された健康指標バンド720であり得る。図7Bにおいて、ユーザの測定された心拍数データは、予測された健康バンドを超えないので、この特定の例では、通知は行われないであろう。腕時計714はまた、腕時計バンド722と、高忠実度センサ724、例えば、ECGセンサとを含み得る。代替的に、腕時計バンド722は、血圧を測定するための拡張可能なカフであり得る。例えば、心拍数データ、または血圧などの他のデータを導出するために使用され得る、PPGデータなどのユーザの健康指標データを収集するために、低忠実度センサ726(陰影で示す)が腕時計714の背面に設けられる。代替的に、当業者によって理解されるように、いくつかの実施形態において、FitBitまたはPolarなどのフィットネスバンドが使用され得、フィットネスバンドは、同様の処理能力と他因子測定デバイス(例えば、ppgおよび加速度計)を有する。 7B, a smartwatch 712 according to one embodiment is shown. The smartwatch 712 includes a wristwatch 714 that includes all circuitry and microprocessors, as well as processing devices (not shown) known to those skilled in the art. The wristwatch 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 health band, so in this particular example, no notification would be made. The wristwatch 714 may also include a watchband 722 and a high fidelity sensor 724, for example, an ECG sensor. Alternatively, the watchband 722 may be an expandable cuff for measuring blood pressure. For example, a low fidelity sensor 726 (shown in shading) is provided on the back of the wristwatch 714 to collect the user's health indicator data, such as PPG data, which may be used to derive heart rate data, or other data, such as blood pressure. Alternatively, as will be appreciated by those skilled in the art, in some embodiments, fitness bands such as FitBit or Polar may be used, which have similar processing capabilities and other factor measuring devices (e.g., ppg and accelerometers).

図8は、ユーザの健康状態を継続的に監視するための方法800の一実施形態を示す。ステップ802は、ユーザ入力データを受信し、ユーザ入力データは、1つまたは複数の健康指標に関するデータ(別名、データの一次シーケンス)と、他因子に関する(時間的に対応する)データ(別名、データの二次シーケンス)とを含み得る。ステップ804は、ユーザデータを訓練された機械学習モデルに入力し、訓練された機械学習モデルは、訓練されたRNN、CNN、本明細書で説明されているような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。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で説明されているように、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うちの1つまたは組合せ、例えば、線形結合であり得る。ステップ806は、時間ステップにおいて1つまたは複数の予測された健康指標に関するデータを出力し、その出力は、例として、限定ではなく、単一の予測値、予測値の関数としての確率分布を含み得る。ステップ808は、予測された健康指標に基づいて損失を決定し、ここで、例えば、限定ではなく、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、または何か他の適切に選択された損失関数(例えば、測定された健康指標に関する値において評価された確率分布の負の対数)であり得る。ステップ810は、損失が正常または不健康とみなされるしきい値を超えるかどうかを判定し、ここで、しきい値は、例えば、限定ではなく、設計者によって選択された単純な数値、または予測に関連するなんらかのパラメータのより複雑な関数であり得る。しきい値よりも大きい場合、ステップ812は、ユーザの健康指標が正常または健康とみなされるしきい値を超えていることをユーザに通知する。本明細書で説明されているように、通知は、多くの形態をとり得る。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。例えば、限定ではなく、情報は、(i)時間の関数としての測定された健康指標データ(例えば、心拍数)および他因子データ(例えば、歩数)と、(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(例えば、予測された心拍数値)の分布とを示すグラフなどの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、測定されたデータポイントを予測されたデータポイントと視覚的に比較し、ユーザの心拍数が、例えば、機械学習モデルによって予想される範囲内に入るかどうかを、視覚的検査によって判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. Step 802 receives user input data, which may include data on one or more health indicators (aka a primary sequence of data) and data (corresponding in time) on other factors (aka secondary sequences of data). Step 804 inputs the user data into a trained machine learning model, which may include a trained RNN, CNN, other feed-forward network as described herein, or other neural network known to those skilled in the art. In some embodiments, the health indicator input data may be one or a combination, e.g., a linear combination, of predicted and measured health indicator data, as described in some embodiments herein. Step 806 outputs data on one or more predicted health indicators at a time step, which may include, by way of example and not limitation, a single predicted value, a probability distribution as a function of the predicted value. Step 808 determines a loss based on the predicted health index, where for example, but not by way of limitation, the loss can 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 a probability distribution evaluated at values related to the measured health index). Step 810 determines whether the loss exceeds a threshold considered normal or unhealthy, where the threshold can be, for example, but not by way of limitation, a simple numerical value selected by a designer, or a more complex function of some parameter related to the prediction. If greater than the threshold, step 812 notifies the user that the user's health index exceeds a threshold considered normal or healthy. As described herein, the notification can take many forms. In some embodiments, this information can be visualized to the user. For example, but not by way of limitation, the information can be displayed on a user interface, such as a graph showing (i) the distribution of 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. In this manner, a user can visually compare the measured data points to the predicted data points and determine by visual inspection whether the user's heart rate falls within the range predicted by, for example, a machine learning model.

本明細書で説明されるいくつかの実施形態は、ユーザに通知するかどうかを決定するためにしきい値を使用することに言及している。これらの実施形態のうちの1つまたは複数において、ユーザは、ユーザの個人的な健康知識とより密接に一致するように、システムまたは方法を調整またはチューニングするためにしきい値を変更し得る。例えば、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する場合、実施形態は、ユーザの指標が健康な集団において訓練されたモデルからの正常または健康な範囲外であることをユーザに頻繁に警告/通知する可能性がある。したがって、特定の実施形態は、ユーザがしきい値を上げることを可能にするので、ユーザは、ユーザの健康指標が正常または健康とみなされるものを超えることをそれほど頻繁に通知されない。 Some embodiments described herein refer to using a threshold to determine whether 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 closely match the user's 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 indicator is outside of a normal or healthy range from a model trained on a healthy population. Thus, certain embodiments allow the user to raise the threshold so the user is not notified less frequently that the user's health indicator exceeds what is considered normal or healthy.

いくつかの実施形態は、好ましくは、健康指標に関する生のデータを使用する。生のデーが特定の測定値、例えば、心拍数を導出するために処理される場合、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、健康監視装置の提供者は、生のデータを制御できず、受信されるものは、計算された健康指標、例えば、心拍数または血圧の形態において処理されたデータである。当業者によって理解されるように、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て訓練されたモデルに入力されるデータの形式と一致すべきであり、そうでない場合、予測は、誤っていることが判明する可能性がある。例えば、Apple Watchは、不均等な時間ステップにおいて心拍数測定データを提供し、生のPPGデータを提供しない。この例において、ユーザは、不均等な時間ステップにおける心拍数データを用いて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を装着する。モデルは、このデータにおいて訓練される。心拍数データを提供するためのそのアルゴリズムを変更することを決定したAppleは、以前のアルゴリズムからのデータにおいて訓練されたモデルを、新しいアルゴリズムから入力されたデータにおいて使用するために用いられないものにする可能性がある。この潜在的な問題を考慮するために、いくつかの実施形態は、不規則な間隔のデータ(心拍数、血圧データ、またはECGデータなど)を規則的な間隔のグリッドに再サンプリングし、モデルを訓練するためにデータを収集するときに、規則的な間隔のグリッドからサンプリングする。Apple、またはデータの他の提供者がそのアルゴリズムを変更した場合、モデルは、新しく収集された訓練例において再訓練されることのみを必要とし、モデルは、アルゴリズムの変更を考慮して再構築される必要はない。 Some embodiments preferably use raw data for 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 have control over the raw data, and what is received is processed data in the form of a calculated health indicator, e.g., heart rate or blood pressure. As will be appreciated by those skilled in the art, the form of data used to train the machine learning model should match the format of the data collected from the user and input to the trained model, otherwise predictions may prove to be 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 wears an Apple Watch that outputs heart rate data according to Apple's PPG processing algorithm with heart rate data at unequal time steps. The model is trained on this data. Apple deciding to change its algorithm for providing heart rate data may render models trained on data from the previous algorithm unavailable for use on data input from the new algorithm. To account for this potential problem, some embodiments resample irregularly spaced data (such as heart rate, blood pressure data, or ECG data) onto a regularly spaced grid, and sample from the regularly spaced grid when collecting data to train the model. If Apple, or other providers of data, change their algorithms, the model only needs to be retrained on newly collected training examples; the model does not need to be rebuilt to account for the algorithm changes.

さらなる実施形態において、訓練された機械学習モデルは、ユーザのデータにおいて訓練され得、その結果、パーソナライズされた訓練された機械学習モデルを生じる。この訓練されたパーソナライズされた機械学習モデルは、本明細書で説明される健康な人々の集団において訓練された機械学習モデルの代わりに、またはそれと組み合わせて使用され得る。単独で使用される場合、ユーザのデータは、パーソナライズされた訓練された機械学習モデルに入力され、このパーソナライズされた訓練された機械学習モデルは、次の時間ステップにおいてそのユーザにとって正常であるその個人の健康指標の予測を出力し、この予測は、次いで、ユーザの健康指標がそのユーザにとって正常であると予測されるものからなんらかのしきい値だけ異なっていたかどうかを判定するために、本明細書で説明される実施形態と一致する方法で、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る。加えて、このパーソナライズされた機械学習モデルは、その個々のユーザにとって正常であると予測されたものと、健康な人々の集団にとって正常であると予測されたものの両方に関連する予測と関連する通知とを生成するために、健康な人々の集団からの訓練例において訓練された機械学習モデルと組み合わせて使用され得る。 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 trained personalized machine learning model may be used in place of or in combination with the machine learning model trained on a population of healthy people described herein. When used alone, the user's data is input into the personalized trained machine learning model, which outputs a prediction of that individual's health indicators that are normal for that user in the next time step, which prediction is then compared to 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 differed by some threshold from what was predicted to be normal for that user. In addition, this personalized machine learning model may be used in combination with the machine learning model trained on training examples from a population of healthy people to generate predictions and associated notifications related to both what was predicted to be normal for that individual user and what was predicted to be normal for a population of healthy people.

図9Aは、別の実施形態による方法900を示し、図9Bは、説明の目的のために、時間の関数としての心拍数(例として、限定ではなく)の仮想的プロット902を示す。ステップ904(図9A)は、ユーザの心拍数データ(または他の健康指標データ)と、オプションで、(時間的に)対応する他因子データとを受信し、このデータをパーソナライズされた訓練された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されたモデルは、ユーザの個々の健康指標データと、オプションで、本明細書で説明されるように(時間的に)対応する他のデータとにおいて訓練される。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された機械学習モデルは、他の因子の状態の下でのその個々のユーザに関する正常な心拍数データを予測し、ステップ908は、その特定のユーザに対して正常として予測されたものと比較して、ユーザの健康指標データにおける逸脱または異常を識別する。いくつかの実施形態は、ユーザにおけるウェアラブルデバイス(例えば、Apple Watch、スマートウォッチ、FitBit(登録商標)など)から、またはユーザにおけるセンサと通信する別のモバイルデバイス(例えば、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、これについては、本明細書全体を通して論じる。 Figure 9A shows a method 900 according to another embodiment, and Figure 9B shows, for illustrative purposes, a hypothetical plot 902 of heart rate (by way of example, not limitation) as a function of time. Step 904 (Figure 9A) receives a user's heart rate data (or other health indicator data) and, optionally, corresponding (in time) other factor data, and inputs this data 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 as described herein. Thus, in step 906, the personalized trained machine learning model predicts normal heart rate data for that individual user under the conditions of the other factors, and step 908 identifies deviations or anomalies in the user's health indicator data compared to what was predicted as normal for that particular user. Some embodiments receive user health indicator data from a wearable device on the user (e.g., Apple Watch, smartwatch, FitBit, etc.) or from another mobile device (e.g., tablet, computer, etc.) that communicates with sensors on the user, as discussed throughout this specification.

ユーザの測定データがその特定のユーザにとって正常であると予測されるものに対して異常であることをステップ908においてユーザに通知するかどうかを決定するのを助けるために、損失が定義され得る。損失は、予測が実際のまたは測定されたデータにどれくらい近いかをモデル化するために選択される。当業者は、損失を定義する多くの方法を認識するであろう。本明細書で説明され、ここでも等しく適用可能な他の実施形態において、例えば、予測された値と絶対値との間の差の絶対値|ΔP*|が損失の形態である。いくつかの実施形態において、損失(L)は、L=ln[β(p)]であり得、ここで、 A loss may be defined to help determine whether to notify the user in step 908 that the user's measurement data is abnormal relative to what is predicted to be normal for that particular user. The loss is selected to model how close the prediction is to the actual or measured data. Those skilled in the art will recognize many ways to define the 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, the loss (L) may be L=ln[β (p) ], where:

Figure 0007495398000038
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である。Lは、一般に、
予測データが測定データにどれくらい近いかの尺度である。β(p)、この例では確率分布は、0から1までの範囲であり、ここで、1は、予測データおよび測定データが同じであることを意味する。したがって、低い損失は、いくつかの実施形態では、予測データが測定データと同じかまたは近い可能性が高いことを示す。いくつかの実施形態において、Lに関するしきい値が設定され、例えば、L>5であり、ここで、ユーザは、その特定のユーザについて予測された状態から異常な状態が存在することを通知される。この通知は、本明細書の他の箇所で説明されているように、多くの形態をとり得る。本明細書の他の箇所でも説明されているように、他の実施形態は、時間期間にわたる損失の平均をとり、その平均をしきい値と比較し得る。いくつかの実施形態において、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されているように、しきい値自体は、予測データの統計的計算または予測データの平均の関数であり得る。損失については、本明細書の他の箇所でより詳細に説明されており、簡潔にするために、ここでさらには論じない。当業者は、入力および予測データがスカラー値、または時間期間にわたる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。例えば、限定ではなく、システム設計者は、5分間のデータセグメントに関心を持つ可能性があり、時間tよりも前のすべてのデータと、t+5分間のすべての他のデータとを入力し、t+5分間の健康指標データを予測し、t+5分間のセグメントの測定された健康指標データとt+5分間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 defined as
β(p) is a measure of how close the predicted data is to the measured data. β(p) , in this example a probability distribution, ranges from 0 to 1, where 1 means the predicted and measured data are the same. Thus, a low loss, in some embodiments, indicates that the predicted data is more likely to be the same or close to the measured data. In some embodiments, a threshold on L is set, e.g., L>5, where the user is notified that there is an anomalous condition from the predicted condition for that particular user. This notification can take many forms, as described elsewhere herein. As also described elsewhere herein, other embodiments may take an average of the loss over a time period and compare that average to a threshold. In some embodiments, the threshold itself may be a function of a statistical calculation of the predicted data or 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 discussed further here for 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 time period. For example, and not by way of limitation, a system designer may be interested in a 5 minute segment of data, inputting all data prior to time t and all other data for t+5 minutes, predicting the health index data for 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は、異常が存在するかどうかを判定する。論じたように、これは、損失がしきい値を超えた場合に判定され得る。前述のように、しきい値は、設計者の選択によって、設計されているシステムの目的に基づいて設定される。いくつかの実施形態において、しきい値は、ユーザによって変更され得るが、この実施形態では、好ましくはそうではない。異常が存在しない場合、プロセスは、ステップ904において繰り返される。異常が存在する場合、ステップ910は、高忠実度測定値、例えば、限定ではなく、ECGまたは血圧の測定値を取得するようにユーザに通知または警告する。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して記述され、正常でない場合、取得された高忠実度測定値に応じて、なんらかの診断、例えば、AFib、頻脈、徐脈、心房粗動、または高/低血圧が割り当てられ得る。明確にするために、高忠実度データを記録するための通知は、他の実施形態において、および上記で説明した一般的な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。高忠実度測定値は、いくつかの実施形態において、ECGまたは血圧システムなどのモバイル監視システムを使用してユーザによって直接取得され得、このモバイル監視システムは、いくつかの実施形態ではウェアラブルデバイスに関連付けられ得る。代替的には、通知ステップ910は、高忠実度測定値の自動取得を引き起こす。例えば、ウェアラブルデバイスは、センサと(有線または無線接続を介して)通信し、ECGデータを取得し得、またはウェアラブルデバイスは、血圧測定値を自動的に取得するために血圧カフシステム(例えば、ウェアラブルのリストバンド、またはアームバンドカフ)と通信し得、またはウェアラブルデバイスは、ペースメーカまたはECG電極などの埋込みデバイスと通信し得る。ECGをリモートで取得するためのシステムは、例えば、AliveCor社によって提供されており、そのようなシステムは(限定ではなく)、2つ以上の場所においてユーザに接触する1つまたは複数のセンサを含み、ここで、センサは、電気心臓データを収集し、この電気心臓データは、有線またはワイヤレスでモバイルコンピューティングデバイスに送信され、アプリ
が、データからECGストリップを生成し、ECGストリップは、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得る。代替的には、センサは、血圧モニタであり得、血圧データは、有線またはワイヤレスのいずれかでモバイルコンピューティングデバイスに送信される。ウェアラブル自体は、健康指標データを測定する能力を有するカフを有する血圧システムであり得、オプションで、上記で説明したのと同様のECGセンサを有する。ECGセンサは、その内容が参照により本明細書に組み込まれる共有された米国仮出願第61/872,555号に記載されているものなどのECGセンサも含み得る。モバイルコンピューティングデバイスは、例えば、限定ではなく、コンピュータタブレット(例えば、iPad(登録商標))、スマートフォン(例えば、iPhone(登録商標))、ウェアラブル(例えば、Apple Watch)、または医療施設内の(おそらく、カート上に搭載されている)デバイスであり得る。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、何か他のモバイルデバイスと通信するラップトップコンピュータまたはコンピュータであり得る。当業者は、ウェアラブルまたはスマートウォッチも、本明細書で説明される実施形態の文脈において提供される機能の観点から、モバイルコンピューティングデバイスとみなさ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上に配置され得、そこでセンサがデータをワイヤレスもしくは有線でコンピューティングデバイス/ウェアラブルに送信し得、またはバンドは、血圧監視カフでもあり得、または前述のようにその両方であり得る。携帯電話の場合、センサは、電話に取り付けられたパッド、または電話から離れたパッドであり得、パッドは、電気的な心臓信号を感知し、そのデータをワイヤレスまたは有線で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いくつかに関するより詳細な説明は、米国特許第9,420,956号、同第9,572,499号、同第9,351,654号、同第9,247,911号、同第9,254,095号、ならびに同第8,509,882号のうちの1つまたは複数、および米国特許出願公開第2015/0018660号、同第2015/0297134号、および同第2015/0320328号のうちの1つまたは複数において提供され、これらのすべては、それらの全体において、すべての目的のために本明細書に組み込まれる。ステップ912は、前述のように、高忠実度データを分析し、説明または診断を提供する。
Step 908 determines whether an anomaly exists. As discussed, this may be determined if the loss exceeds a threshold. As previously mentioned, the threshold is set based on the objectives of the system being designed, by the designer's choice. In some embodiments, the threshold may be changed by the user, but in this embodiment, preferably not. If an anomaly does not exist, the process is repeated at step 904. If an anomaly exists, step 910 notifies or alerts the user 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 not normal, and if not normal, some diagnosis may be assigned, 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 the specific embodiment using the general model described above. The high fidelity measurements may in some embodiments be obtained directly by the user using a mobile monitoring system such as an ECG or blood pressure system, which in some embodiments may be associated with the 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 (via a wired or wireless connection) to obtain ECG data, or the wearable device may communicate with a blood pressure cuff system (e.g., a wearable wristband or armband cuff) to automatically obtain blood pressure measurements, or the wearable device may communicate with an implanted device such as a pacemaker or ECG electrodes. Systems for remotely obtaining ECGs are provided, for example, by AliveCor, Inc., such systems include (without limitation) one or more sensors that contact the user at two or more locations, where the sensors collect electrical cardiac data that is transmitted, wired or wirelessly, to the mobile computing device, where an app generates an ECG strip from the data, and the ECG strip may be analyzed by an algorithm, a medical professional, or both. Alternatively, the sensor may be a blood pressure monitor, with blood pressure data being transmitted to the mobile computing device, either wired or wirelessly. The wearable itself may be a blood pressure system with a cuff capable of measuring health indicator data, and optionally with an ECG sensor similar to that described above. The ECG sensor may also include an ECG sensor, such as that described in commonly owned U.S. Provisional Application No. 61/872,555, the contents of which are incorporated herein by reference. 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 (perhaps mounted on a cart). The mobile computing device may be, in some embodiments, a laptop computer or a computer that communicates with some other mobile device. Those skilled in the art will understand that a wearable or a smart watch would also be considered a mobile computing device in terms of the functionality provided in the context of the embodiments described herein. In the case of a wearable, the sensor may be located on a band of the wearable where the sensor may transmit data wirelessly or wired to a computing device/wearable, or the band may also 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 separate from the phone that senses electrical cardiac signals and communicates that data wirelessly or wired 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, and 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. Step 912, as previously described, analyzes the high fidelity data and provides an explanation or diagnosis.

ステップ914において、高忠実度測定値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、コンピューティングシステムは、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またはウェアラブルコンピューティングシステムであり得、ステップ916において、低忠実度健康指標データシーケンス(この例では、心拍数データ)は、診断でラベル付けされる。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シーケンスは、高忠実度機械学習モデルを訓練するために使用され、オプションで、他因子データシーケンスも、モデルを訓練するために提供される。訓練された高忠実度機械学習モデルは、いくつかの実施形態では、測定された低忠実度健康指標データシーケンス(例えば、心拍数データまたはPPGデータ)と、オプションで他因子データとを受信し、確率もしくは予測を提供するか、または典型的には高忠実度データを使用して診断または検出されるイベントをユーザが経験している場合を診断もしくは検出する能力を有する。訓練された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指標データ(およびオプションで他因子データ)において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、訓練されたモデルは、測定された低忠実度健康指標入力データシーケンス、例えば、心拍数またはppgデータ(およびオプションで他因子データ)のみに基づいて、ユーザがラベル(例えば、Afib、高血圧など)のうちの1つまたは複数に関連付けられたイベントを有している場合を予測する能力を有する。当業者は、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、ユーザのモバイルデバイスから離れた場所で、その2つの組合せで、または分散ネットワークにおいて行われ得ることを理解するであろう。例えば、限定ではなく、ユーザの健康指標データは、クラウドシステム内に記憶され得、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においてラベル付けされ得る。当業者は、この情報を記憶し、ラベル付けし、アクセスするための任意の数の方法および方式を容易に理解するであろう。代替的には、グローバルに訓練された高忠実度モデルが使用され得、このグローバルに訓練された高忠実度モデルは、典型的には高忠実度測定値を用いて診断または検出されるこれらの状態を経験している人の集団からのラベル付けされた訓練例において訓練される。これらのグローバル訓練例は、高忠実度測定値(例えば、医療専門家またはアルゴリズムによってECGから呼び出されたAfib)を使用して診断される状態でラベル付けされた低忠実度データシーケンス(例えば、心拍数)を提供する。 In step 914, the diagnosis or classification of the high fidelity measurements 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 sequence (in this example, the heart rate data) is labeled with the diagnosis. In step 918, the labeled user's low fidelity data sequence is used to train a high fidelity machine learning model, and optionally, other factor data sequences are also provided to train the model. The trained high fidelity machine learning model, in some embodiments, receives the measured low fidelity health indicator data sequence (e.g., heart rate data or PPG data) and optionally other factor data, and has the ability to provide a probability or prediction, or to 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 been trained on the user's health indicator data (and optionally other factor data) labeled with the diagnosis of the high fidelity data. Thus, the trained model has the ability to predict when a user has an event associated with one or more of the labels (e.g., Afib, high blood pressure, etc.) based solely on the measured low fidelity health indicator input data sequence, e.g., heart rate or ppg data (and optionally other factor data). Those skilled in the art will appreciate that the training of the high fidelity model may be performed on the user's mobile device, remotely from the user's mobile device, a combination of the two, or in a distributed network. For example, and without limitation, 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. Those skilled in the art will readily appreciate 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 using high fidelity measurements. These global training examples provide low-fidelity data sequences (e.g., heart rate) labeled with conditions that are to be diagnosed using high-fidelity measurements (e.g., Afib called from an ECG by a medical professional or an algorithm).

ここで図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図を示す。ユーザの正常な心拍数データからの異常920は、時間t1、t2、t3、t4、t5、t6、t7、t8において発生した。正常とは、上記で説明したように、この特定のユーザに関する予測データが測定データのしきい値内にあったことを意味し、異常は、しきい値外である。正常からの異常において、いくつかの実施形態は、より明確なまたは高忠実度の読み取り値、例として、限定ではなく、ECG1、ECG2、ECG3、ECG4、ECG5、ECG6、ECG7、ECG8として識別されるECG読み取り値を取得するようにユーザに促す。上記で説明したように、高忠実度読み取り値は、自動的に取得され得、ユーザは、それを取得し得、それは、ECG以外のもの、例えば、血圧であり得る。高忠実度読み取り値は、高忠実度データを正常/異常として識別するため、さらに、異常、例えば、限定ではなく、AFibを識別/診断するために、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る。この情報は、ユーザのシーケンスデータ内の異常920の箇所における健康指標データ(例えば、心拍数またはPPGデータ)にラベル付けするために使用される。 9B, plot 902 shows a schematic diagram of heart rate plotted as a function of time. Anomalies 920 from the user's normal heart rate data occurred at times t1 , t2 , t3 , t4 , t5 , t6 , t7 , t8 . Normal means that the expected data for this particular user was within the threshold of measured data, as explained above, and anomalies are outside the threshold. In anomalies from normal, some embodiments prompt the user to obtain a clearer or higher fidelity reading, an ECG reading identified as, for example and without limitation, ECG1 , ECG2 , ECG3 , ECG4 , ECG5 , ECG6 , ECG7 , ECG8 . As explained above, the higher fidelity reading may be obtained automatically or the user may obtain it, which may be something other than an ECG, such as 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 to identify/diagnose the abnormality, such as, but not limited to, AFib. This information is used to label health indicator data (e.g., heart rate or PPG data) at the location of the abnormality 920 in the user's sequence 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値が典型的には決定、検出、または診断を行うために使用され、低忠実度データがそのようなものには容易に使用することができないというものである。例えば、不整脈を識別、検出、または診断するために、ECGスキャンが使用され得るが、心拍数またはPPGデータは、典型的にはこの機能を提供しない。当業者は、機械学習アルゴリズム(例えば、ベイズ、マルコフ、ガウスプロセス、クラスタリングアルゴリズム、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)に関連する本明細書の説明が本明細書に記載のすべての実施形態に等しく適用されることを理解するであろう。 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 do not provide this function. Those skilled in the art will understand that the discussion herein relating to machine learning algorithms (e.g., Bayesian, Markov, Gaussian processes, 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、問題が存在する可能性があるにもかかわらず、無症候性のままであり、症状が存在する場合でも、診断または検出を行うために必要な高忠実度測定値を取得するのは非現実的である可能性がある。例えば、限定ではなく、不整脈、特にAFは、現れない場合があり、症状が現れる場合であっても、その瞬間にECGを記録することは、悪名が高いほど困難であり、高価で、かさばり、時には侵襲的である監視デバイスなしでは、ユーザを継続的に監視することは、非常に困難である。本明細書の別の箇所で論じているように、AFは、少なくとも、他の深刻な状態の中でも、脳卒中の要因となる可能性があるので、ユーザがAFを経験するときを理解することは、重要である。同様に、他の箇所で論じたように、AF負担は、同様の重要性を有する可能性がある。いくつかの実施形態は、心拍数またはppgなどの低忠実度健康指標データおよびオプションの他因子データの継続的な監視のみを使用して不整脈(例えば、AF)または他の深刻な状態の継続的な監視を可能にする。 In some situations, a user may remain asymptomatic despite the possibility that a problem exists, and even if symptoms are present, it may be impractical to obtain the high fidelity measurements necessary to make a diagnosis or detection. For example, but not by way of limitation, arrhythmias, particularly AF, may not manifest, and even if symptoms do manifest, recording an ECG at that moment is notoriously difficult, and continuously monitoring the user without expensive, bulky, and sometimes invasive monitoring devices is very difficult. As discussed elsewhere herein, AF may at least be a contributing factor to stroke, among other serious conditions, so it is important for a user to understand when they are experiencing AF. Similarly, as discussed elsewhere, AF burden may be of similar importance. Some embodiments allow for continuous monitoring of arrhythmias (e.g., AF) or other serious conditions using only low fidelity health indicator data such as heart rate or ppg, and continuous monitoring of optional other factor 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を示す。ステップ1002は、測定されたまたは実際のユーザの低忠実度健康指標データ(例えば、ウェアラブル上のセンサからの心拍数またはPPG)と、オプションで、本明細書で説明されるように健康指標データに影響を与える可能性がある(時間的に)対応する他因子データとを受信する。本明細書の他の箇所で論じられているように、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(およびオプションで他因子データ)は、訓練された高忠実度機械学習モデルに入力され、訓練された高忠実度機械学習モデルは、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(およびオプションで(時間的に)対応する他因子データ)に基づいて、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は、識別または診断が正常であるかどうかを尋ね、正常である場合、プロセスがやり直される。識別または診断が正常ではない場合、ステップ1010は、問題または検出をユーザに通知する。オプションで、システム、方法、およびプラットフォームは、ユーザ、家族、友人、医療専門家、緊急911などの任意の組合せに通知するように設定され得る。これらの人の誰に通知するかは、識別、検出、または診断に依存し得る。識別、検出、または診断が生命を脅かすものである場合、診断が生命を脅かさない場合には通知されない場合がある特定の人に連絡または通知される場合がある。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シーケンスは、訓練された高忠実度機械学習モデルに入力され、ユーザが異常なイベントを経験している時間の量(例えば、予測された異常なイベントの開始と停止との間の差)が計算され、ユーザの異常負担のよりよい理解を可能にする。特に、脳卒中および他の深刻な状態を予防する際に、AF負担を理解することが非常に重要である可能性がある。したがって、いくつかの実施形態は、低忠実度健康因子データと、オプションで他因子データのみを取得すること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、または他のポータブルデバイスを用いた異常イベントの継続監視を可能にする。 FIG. 10 illustrates a method 1000 according to some embodiments of health monitoring systems and methods. Step 1002 receives measured or actual low-fidelity health indicator data of a user (e.g., heart rate or PPG from a sensor on a wearable) and, optionally, corresponding (in time) other factor data that may affect the health indicator data as described herein. As discussed 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 to 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). Step 1008 asks whether the identification or diagnosis is normal, and if so, the process is started over. If the identification or diagnosis is not normal, step 1010 notifies the user of the problem or detection. Optionally, the system, method, and platform may be configured to notify any combination of the user, family, friends, medical professionals, emergency 911, etc. Which of these people to notify may depend on the identification, detection, or diagnosis. If the identification, detection, or diagnosis is life-threatening, certain people may be contacted or notified who may not be notified if the diagnosis is not life-threatening. Additionally, in some embodiments, the measured health indicator data sequence is input into a trained high-fidelity machine learning model, and the amount of time the user is experiencing an abnormal event (e.g., the difference between the start and stop of the predicted abnormal event) is calculated, allowing for a better understanding of the user's abnormal burden. Understanding AF burden may be very important, especially in preventing strokes and other serious conditions. Thus, some embodiments allow for continuous monitoring of abnormal events using a mobile computing device, wearable computing device, or other portable device that can acquire only low-fidelity health factor data and, optionally, other factor data.

図11は、本明細書に記載の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いて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て説明されているが、低忠実度測定値に基づく高忠実度診断の追加の予測のために同様のデータが生成され得る。第1のチャート1110は、ユーザに関する時間経過に伴う心拍数計算を示す。心拍数は、PPGデータまたは他の心拍数センサに基づいて決定され得る。第2のチャート1120は、同じ時間期間中のユーザに関する活動データを示す。例えば、活動データは、歩数、またはユーザの動きの他の測定値に基づいて決定され得る。第3のチャート1130は、機械学習モデルから出力された分類子と、通知が生成されるときの水平しきい値とを示す。機械学習モデルは、低忠実度測定値の入力に基づいて予測を生成し得る。例えば、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、上記でさらに説明したように、機械学習システムによって分析され得る。機械学習システム分析の結果は、チャート1130に示す心房細動の確率として提供され得る。この場合には0.6を超える信頼度として示されている、確率がしきい値を超えた場合、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報をトリガすることができる。 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 during the same time period. For example, the activity data may be determined based on steps or other measurements of the user's movement. A third chart 1130 illustrates a classifier output from a machine learning model and a horizontal threshold at which 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 results of the machine learning system analysis may be provided as a probability of atrial fibrillation, as shown in chart 1130. If the probability exceeds a threshold, in this case shown as a confidence level of greater than 0.6, the health monitoring system may 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、連続測定値として機械学習システムに提供され得る。例えば、心拍数および活動レベルは、正確な測定のために、5秒毎の測定値として生成され得る。次いで、複数の測定値を有する時間のセグメントが、機械学習モデルに入力され得る。例えば、前の1時間のデータが、機械学習モデルへの入力として使用され得る。いくつかの実施形態において、1時間ではなく、より短いまたはより長い時間期間が提供され得る。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イベントを経験している時間期間の指標を提供する。例えば、予測が特定の信頼レベルを超えている期間は、心房細動を判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、次いで、測定された時間期間中のユーザにおける心房細動負担を決定するために使用され得る。 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 for accurate measurements. A segment of time with multiple measurements may then be input to the machine learning model. For example, the previous hour of data may be used as input to the machine learning model. In some embodiments, a shorter or longer time period may be provided rather than one hour. As shown in FIG. 11, the output chart 1130 provides an indication of the time period during which the user is experiencing an abnormal health event. For example, the period during which the prediction is above a certain confidence level may be used by the health monitoring system to determine atrial fibrillation. This value may then be used to determine the atrial fibrillation burden in the user during the measured 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いて訓練され得る。例えば、ラベル付けされたユーザデータは、低忠実度データ(例えば、PPG、心拍数)および他のデータ(例えば、活動レベルまたは歩数)も利用可能な時間期間においてとられた高忠実度データ(ECG読み取り値など)に基づいて提供され得る。いくつかの実施形態において、機械学習モデルは、前の時間期間中に心房細動が存在した可能性が高いかどうかを判定するように設計される。例えば、機械学習モデルは、入力として1時間の低忠実度データをとり、インベントが存在した尤度を提供し得る。したがって、訓練データは、個人の集団に関する数時間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いて状態が診断されたときの健康イベントラベル付き時間であり得る。したがって、高忠実度データに基づく健康イベントラベル付き時間が存在した場合、機械学習モデルは、訓練されていない機械学習モデルに入力されたそのイベントを有する低忠実度データの任意の1時間ウィンドウが、健康イベントの予測を提供すべきであると判断し得る。訓練されていない機械学習モデルは、次いで、予測をラベルと比較することに基づいて更新され得る。数回の反復を繰り返し、機械学習モデルが収束したと判断した後、機械学習モデルは、低忠実度データに基づいて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、心房細動以外の他の状態が、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 predictive 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 in which low fidelity data (e.g., PPG, heart rate) and other data (e.g., activity level or step count) are also available. In some embodiments, the machine learning model is designed to determine whether atrial fibrillation was likely present during a previous time period. For example, the machine learning model may take an hour of low fidelity data as input and provide a likelihood that an event was present. Thus, the training data may include several hours of recorded data for a population of individuals. The data may be a health event labeled time when a condition was diagnosed based on the high fidelity data. Thus, if there was a health event labeled time based on the high fidelity data, the machine learning model may determine that any one hour 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 comparing the prediction to the label. After several iterations and determining that the machine learning model has converged, the machine learning model may be used by the health monitoring system to monitor the user for atrial fibrillation based on the low-fidelity data. In various embodiments, conditions other than atrial fibrillation may be detected using the low-fidelity data.

図12は、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な表現であり、コンピュータシステム1200の中で、本明細書で論じられている方法論のうちのいずれか1つまたは複数をマシンに実行させるための命令のセットが実行され得る。代替実施形態において、マシンは、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内の他のマシンに接続(例えば、ネットワーク化)され得る。マシンは、クライアントサーバネットワーク環境内のサーバもしくはクライアントマシンとして動作し得、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。マシンは、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、またはそのマシンによってとられるべきアクションを指定する命令のセット(逐次的またはその他)を実行することができる任意のマシンであり得る。さらに、単一のマシンのみが例示されているが、「マシン」という用語はまた、本明細書で論じられている方法論のうちのいずれか1つまたは複数を実行するために命令のセット(または複数のセット)を個別にまたは共同で実行するマシンの任意の集合体も含むと解釈されるべきである。一実施形態において、コンピュータシステム1200は、本明細書で説明されているように健康監視を実行するように構成されたサーバ、モバイルコンピューティングデバイス、ウェアラブルなどの典型であり得る。 12 is a schematic representation of a machine in an exemplary form of a computer system 1200 in which a set of instructions may be executed to cause the machine to perform any one or more of the methodologies discussed herein. In alternative 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 as a server or a 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 any machine capable of executing a set of instructions (sequential or otherwise) that specify actions to be taken by the machine. Moreover, although only a single machine is illustrated, the term "machine" should also be construed to include any collection of machines that individually or collectively execute a set (or sets) of instructions to perform any one or more of the methodologies discussed herein. In one embodiment, computer system 1200 may be representative of a server, mobile computing device, wearable, etc., configured to perform health monitoring as described herein.

例示的なコンピュータシステム1200は、バス1230を介して互いに通信する、処理デバイス1202と、メインメモリ1204(例えば、読み取り専用メモリ(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))と、スタティックメモリ1206(例えば、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)と、データ記憶デバイス1218とを含む。本明細書に記載の様々なバスを介して提供される信号のいずれも、他の信号と時分割多重化され、1つまたは複数の共通バスを介して提供され得る。加えて、回路構成要素またはブロック間の相互接続は、バスまたは単一の信号線として示されている場合がある。バスの各々は、代替的には、1つまたは複数の単一の信号線であり、単一の信号線の各々は、代替的にバスであり得る。 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 via the various buses described herein may be time-division multiplexed with other signals and provided via one or more common buses. In addition, the interconnections between circuit components or blocks may be depicted as buses or single signal lines. Each of the 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、マイクロプロセッサ、中央処理装置、または他の処理デバイスなどの、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、複雑命令セットコンピューティング(CISC)マイクロプロセッサ、縮小命令セットコンピューティング(RISC)マイクロプロセッサ、超長命令語(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、または命令セットの組合せを実装するプロセッサであり得る。処理デバイス1202はまた、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)、デジタル信号プロセッサ(DSP)、ネットワークプロセッサなどの、1つまたは複数の専用処理デバイスであり得る。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、本明細書で論じられている動作およびステップを実行するための健康モニタ1250および関連システムの一例であり得る。 Processing device 1202 represents one or more general-purpose processing devices, such as a microprocessor, a central processing unit, or other processing device. 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 processor implementing 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 a health monitor 1250 and associated systems for performing the operations and steps discussed herein.

データ記憶デバイス1218は、機械可読記憶媒体1228を含み得、機械可読記憶媒体1228上には、本明細書で説明されているように健康モニタ1250および関連プロセスを処理デバイス1202に実行させるための命令を含む、本明細書に記載の機能の方法論のうちの任意の1つまたは複数を具体化する命令1222(例えば、ソフトウェア)の1つまたは複数のセットが記憶されている。命令1222は、コンピュータシステム1200によるその実行中に、メインメモリ1204内または処理デバイス1202内に、完全にまたは少なくとも部分的に存在し得、メインメモリ1204および処理デバイス1202は、機械可読記憶媒体も構成する。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を介してさらに送信または受信され得る。 The data storage device 1218 may include a machine-readable storage medium 1228 on which one or more sets of instructions 1222 (e.g., software) are stored that embody any one or more of the functional methodologies described herein, including instructions for causing the processing device 1202 to execute the health monitor 1250 and related processes as described herein. The instructions 1222 may reside, completely or at least partially, in the main memory 1204 or in the processing device 1202 during its 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 further be transmitted or received over the network 1220 via the network interface device 1208.

機械可読記憶媒体1228はまた、本明細書で説明されているように、ユーザの健康を監視するための方法を実行するための命令を記憶するために使用され得る。機械可読記憶媒体1228は、単一の媒体であるように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」という用語は、命令の1つまたは複数のセットを記憶する単一の媒体または複数の媒体(例えば、集中型もしくは分散型データベース、または関連するキャッシュおよびサーバ)を含むように解釈されるべきである。機械可読媒体は、機械(例えば、コンピュータ)によって読み取り可能な形態(例えば、ソフトウェア、処理アプリケーション)において情報を記憶するための任意のメカニズムを含む。機械可読媒体は、限定はしないが、磁気記憶媒体(例えば、フロッピー(登録商標)ディスケット)、光記憶媒体(例えば、CD-ROM)、光磁気記憶媒体、読み取り専用メモリ(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(例えば、EPROMおよびEEPROM)、フラッシュメモリ、または電子命令を記憶するのに適した別のタイプの媒体を含み得る。 The machine-readable storage medium 1228 may also be used to store instructions for performing methods for monitoring a user's 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., centralized or distributed databases, or associated caches and servers) that store one or more sets of instructions. A machine-readable medium includes any mechanism for storing information in a form (e.g., software, processing application) readable 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-ROMs), magneto-optical storage media, read-only memory (ROM), random access memory (RAM), erasable programmable memory (e.g., EPROMs and EEPROMs), flash memory, or another type of medium suitable for storing electronic instructions.

前述の説明は、本開示のいくつかの実施形態のよりよい理解を提供するために、特定のシステム、構成要素、方法などの例などの、多数の特定の詳細を記載している。しかしながら、本開示の少なくともいくつかの実施形態は、これらの特定の詳細なしで実施され得ることが、当業者には明らかであろう。他の例では、本開示を不必要に曖昧にすることを回避するために、周知の構成要素または方法について、詳細には説明せず、または単純なブロック図形式において提示する。したがって、記載されている特定の詳細は、単なる例示である。具体的な実施形態は、これらの例示的な詳細とは異なる場合があり、依然として本開示の範囲内であると考えられる。 The foregoing description sets forth numerous specific details, such as examples of specific systems, components, methods, and the like, to provide a better 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 to avoid unnecessarily obscuring the present disclosure. Thus, the specific details described are merely illustrative. Specific embodiments may vary from these illustrative details and still be considered to be within the scope of the present disclosure.

加えて、いくつかの実施形態は、機械可読媒体が2つ以上のコンピュータシステム上に格納され、および/または2つ以上のコンピュータシステムによって実行される、分散コンピューティング環境において実施され得る。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を介してプルまたはプッシュされ得る。 In addition, some embodiments may be practiced in a distributed computing environment in which the machine-readable medium is stored on and/or executed by two or more computer systems. In addition, information transferred between computer systems may be pulled or pushed over a communications medium connecting the computer systems.

特許請求された主題の実施形態は、限定はしないが、本明細書に記載の様々な動作を含む。これらの動作は、ハードウェア構成要素、ソフトウェア、ファームウェア、またはそれらの組合せによって実行され得る。 Embodiments of the claimed subject matter include, but are not limited to, various operations described herein. These operations may be performed by hardware components, software, firmware, or combinations thereof.

本明細書における方法の動作は、特定の順序において示され、説明されているが、各方法の動作の順序は、特定の動作が逆の順序で実行され得るように、または特定の動作が、少なくとも部分的に、他の動作と同時に実行され得るように変更され得る。別の実施形態において、別個の動作の命令またはサブ動作は、断続的または交互であり得る。 Although the operations of the methods herein are shown and described in a particular order, the order of operations of each method may be changed such that certain operations may be performed in reverse order or such that certain operations may be performed, at least in part, simultaneously with other operations. In alternative embodiments, instructions of separate operations or sub-operations may be intermittent or alternating.

要約に記載されているものを含む、本発明の例示された実装形態の上記の説明は、網羅的であること、および開示されている正確な形態に本発明を限定することを意図するものではない。本発明の特定の実装形態およびその例が、本明細書において例示目的のために説明されているが、当業者が認識するように、様々な同等の変更が本発明の範囲内で可能である。「例」または「例示的」という単語は、本明細書では、例、実例、または例示として機能することを意味するために使用される。「例」または「例示」として本明細書に記載されている任意の態様または設計は、必ずしも他の態様または設計よりも好ましい、または有利であると解釈されるべきではない。むしろ、「例」または「例示」という単語の使用は、概念を具体的に提示することを意図している。本出願で使用される場合、「または」という用語は、排他的な「または」ではなく、包括的な「または」を意味することを意図している。すなわち、特に明記されていない限り、または文脈から明らかでない限り、「XがAまたはBを含む」は、自然な包括的な順列のいずれかを意味することを意図している。すなわち、XがAを含む場合、XがBを含む場合、またはXがAとBの両方を含む場合、「XがAまたはBを含む」は、前述の例のいずれかの下で満たされる。加えて、本出願および添付の特許請求の範囲で使用される「a」および「an」という冠詞は、他に指定されない限り、または文脈から単数形に向けられていることが明らかでない限り、一般に「1つまたは複数」を意味すると解釈されるべきである。さらに、全体を通して「実施形態」もしくは「一実施形態」または「実装形態」もしくは「一実装形態」という用語の使用は、そのように説明されない限り、同じ実施形態または実装形態を意味することを意図していない。さらに、本明細書で使用される「第1の」、「第2の」、「第3の」、「第4の」などの用語は、異なる要素を区別するためのラベルとして意図され、必ずしも、それらの数値指定に従った順序的な意味を持たない場合がある。
上記で開示された、および他の特徴および機能の変形、またはそれらの代替物は、多くの他の異なるシステムまたはアプリケーションに組み合わされ得る。その中の様々な現在予見されていないまたは予期されていない代替、修正、変形、または改善が、当業者によって後になされる可能性があり、それらは、以下の特許請求の範囲によって包含されることも意図している。特許請求の範囲は、ハードウェア、ソフトウェア、またはそれらの組合せにおける実施形態を包含し得る。
The above description of illustrated implementations of the invention, including those described in the Abstract, are not intended to be exhaustive or to limit the invention to the precise forms disclosed. Specific implementations of the invention and examples thereof have been described herein for illustrative purposes, however, as one skilled in the art will recognize, various equivalent modifications are possible within the scope of the invention. The word "example" or "exemplary" is used herein to mean serving as an example, illustration, or illustration. Any aspect or design described herein as an "example" or "exemplary" should not necessarily be construed as preferred or advantageous over other aspects or designs. Rather, use of the word "example" or "exemplary" is intended to present a concept in a concrete manner. As used in this application, the term "or" is intended to mean an inclusive "or" rather than an exclusive "or". That is, unless otherwise stated or clear from the context, "X includes A or B" is intended to mean any of the natural inclusive permutations. That is, if X includes A, if X includes B, or if X includes both A and B, then "X includes A or B" is satisfied under any of the preceding examples. In addition, the articles "a" and "an" used in this application and the appended claims should generally be construed to mean "one or more" unless otherwise specified or unless the context clearly directs to the singular form. Furthermore, the use of the terms "embodiment" or "one embodiment" or "implementation" or "one implementation" throughout is not intended to refer to the same embodiment or implementation unless so described. Furthermore, the terms "first", "second", "third", "fourth", etc., used herein are intended as labels to distinguish different elements and may not necessarily have a sequential meaning according to their numerical designations.
Variations of the above-disclosed and other features and functions, or alternatives thereof, may be combined into many other different systems or applications. Various presently unforeseen or unanticipated alternatives, modifications, variations, or improvements therein may subsequently be made by those skilled in the art, which are also intended to be encompassed by the following claims. The claims may encompass embodiments in hardware, software, or combinations thereof.

上記で説明した実施形態に加えて、本開示は、限定ではなく、以下の例示的な実装形態を含む。 In addition to the embodiments described above, the present disclosure includes, but is not limited to, the following exemplary implementations:

いくつかの例示的な実装形態は、ユーザの心臓の健康を監視する方法を提供する。方法は、第1の時間におけるユーザの、測定された健康指標データと他因子データとを受信するステップと、処理デバイスによって、健康指標データと他因子データとを機械学習モデルに入力するステップであって、機械学習モデルが次の時間ステップにおける予測された健康指標データを生成する、ステップと、次の時間ステップにおけるユーザのデータを受信するステップと、処理デバイスによって、次の時間ステップにおける損失を決定するステップであって、損失が、次の時間ステップにおける予測された健康指標データと次の時間ステップにおけるユーザの測定された健康指標データとの間の測定値である、ステップと、損失がしきい値を超えているかどうかを判定するステップと、損失がしきい値を超えていると判断したことに応答して、ユーザへの通知を出力するステップ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 a 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 for a next time step; receiving the user's data for the next time step; determining, by the processing device, a loss for the next time step, where the loss is a measurement between the predicted health index data for the next time step and the user's measured health index data for the next time step; determining whether 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、訓練された機械学習モデルは、訓練された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、訓練された機械学習モデルは、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、訓練された機械学習モデルは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、訓練された機械学習モデルはCNNである。 In some example implementations of the method of any example implementation, the trained machine learning model is a trained generative neural network. In some example implementations of the method of any example implementation, the trained machine learning model is a feedforward network. In some example implementations of the method of any example implementation, the trained machine learning model is an RNN. In some example implementations of the method of any example 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、訓練された機械学習モデルは、健康な集団、心臓病の集団、およびユーザのうちの1つまたは複数からの訓練例において訓練されている。 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 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、次の時間ステップにおける損失は、次の時間ステップにおける予測された健康指標データと次の時間ステップにおける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、次の時間ステップにおける予測された健康指標データは、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 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、次の時間ステップにおける予測された健康指標データは、最大確率における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をランダムにサンプリングすることからなるグループから選択されたサンプリング技法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: predicted health index data at maximum probability, and randomly sampling 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、次の時間ステップにおけるユーザの測定された健康指標を用いて評価された次の時間ステップにおける確率分布の負の対数に基づいて決定される。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、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 using 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、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化するステップと、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化するステップと、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絶対値の差に基づいて損失を決定するステップとをさらに含む。 In some exemplary implementations of the method of any exemplary 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 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、方法は、不規則な間隔の心拍数データを規則的な間隔のグリッドに再サンプリングするステップをさらに含み、心拍数データは、規則的な間隔のグリッドからサンプリングされる。 In some example implementations of any of the example implementations of the method, the method further includes resampling the irregularly spaced heart rate data to 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、パルスオキシメータデータ、ECGデータ、および血圧データからなるグループから選択された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、処理デバイスと、ディスプレイと、健康指標データセンサと、記憶された命令を有するメモリとを備えるモバイルコンピューティングデバイスを備える装置を提供し、命令は、処理デバイスによって実行されると、時間における健康指標データセンサから測定された健康指標データと、第1の時間における他因子データとを受信する動作と、健康指標データと他因子データとを訓練された機械学習モデルに入力する動作であって、訓練された機械学習モデルが次の時間ステップにおける予測された健康指標データを生成する、動作と、次の時間ステップにおける測定された健康指標データと他因子データとを受信する動作と、次の時間ステップにおける損失を決定する動作であって、損失が、次の時間ステップにおける予測された健康指標データと次の時間ステップにおける測定された健康指標データとの間の測定値である、動作と、次の時間ステップにおける損失がしきい値を超えた場合に通知を出力する動作とを処理デバイスに実行させる。 Some exemplary limitations provide an apparatus comprising a mobile computing device comprising a processing device, a display, a health indicator data sensor, and a memory having stored instructions, which, when executed by the processing device, cause the processing device to perform the following operations: receiving measured health indicator data from the health indicator data sensor at a time and other factor data at a first time; inputting the health indicator data and other factor data into a trained machine learning model, where the trained machine learning model generates predicted health indicator data at a next time step; receiving the measured health indicator data and other factor data at the next time step; determining a loss at the next time step, where the loss is a measurement between the predicted health indicator data at the next time step and the measured health indicator data at the next time step; and outputting 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、訓練された機械学習モデルは、訓練された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、訓練された機械学習モデルは、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、訓練された機械学習モデルは、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、訓練された機械学習モデルは、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、訓練された機械学習モデルは、健康な集団、心臓病の集団、およびユーザからなるグループの1つからの訓練例において訓練されている。 In some example implementations of any of the example devices, the trained machine learning model is trained on training examples from one of a group consisting of a healthy population, a cardiac 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、次の時間ステップにおけるユーザの健康指標の点予測であり、次の時間ステップにおける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 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た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グループから選択されたサンプリング技法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、次の時間ステップにおけるユーザの測定された健康指標を用いて評価されたβの負の対数に基づいて決定される。 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 using 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、0から1までの範囲の関数αをさらに定義するものであり、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αの関数として構成する。 In some example implementations of any of the example apparatus, the processing device further defines a function α ranging from 0 to 1 and forms a linear combination of the user's measured health indicator data and the predicted health indicator 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、さらに、確率分布の自己サンプリングを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、さらに、平均化方法を使用して、時間ステップの期間にわたって、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化し、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化し、平均化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間の絶対値の差に基づいて損失を定義するものである。 In some exemplary implementations of any of the exemplary apparatuses, the processing device further averages the predicted health index data sampled from the probability distribution over the time step period using an averaging method, averages the measured health index data of the user over the time step period using the averaging method, and defines a loss based on an absolute difference between 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、および最頻値を計算することからなるグループから選択された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、不規則な間隔の心拍数データを規則的な間隔のグリッド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、規則的な間隔の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、パルスオキシメータデータ、ECGデータ、および血圧データからなるグループから選択された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グループから選択される。 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、高忠実度測定データを取得するようにユーザに要求し、処理デバイスは、さらに、高忠実度測定データの分析を受信し、ラベル付けされたユーザ健康指標データを生成するためにユーザの測定された健康指標データに分析でラベル付けし、訓練されたパーソナライズされた高忠実度機械学習モデルを訓練するために、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するものである。 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 uses the labeled user health indicator data as training examples to train the trained personalized high-fidelity 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、訓練された機械学習モデルは、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、訓練された機械学習モデルは、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され、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、訓練されたパーソナライズされた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、訓練されたパーソナライズされた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され、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 trained personalized high-fidelity machine learning model is stored on a memory. In some exemplary implementations of any exemplary device, the trained personalized 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、さらに、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ものである。 In some exemplary implementations of any of the exemplary apparatus, the processing device further predicts that the user is experiencing atrial fibrillation and determines the user's atrial fibrillation burden.

いくつかの例示的な実装形態は、ユーザの心臓の健康を監視する方法を提供する。方法は、第1の時間における測定された低忠実度ユーザ健康指標データと他因子データとを受信するステップと、第1の時間におけるユーザ健康指標データおよび他因子データを含むデータを、パーソナライズされた高忠実度の訓練された機械学習モデルに入力するステップであって、パーソナライズされた高忠実度の訓練された機械学習モデルが、ユーザの健康指標データが異常であるかどうかを予測する、ステップと、予測が異常である場合、ユーザの健康が異常であるという通知を送信するステップ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 user health indicator data and other factor data at a first time; inputting data including the user health indicator data and other factor data at the first time into a personalized high-fidelity trained machine learning model, where the personalized high-fidelity trained machine learning model predicts 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、訓練されたパーソナライズされた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において訓練されている。 In some example implementations of any example implementation of the method, the trained personalized 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、ユーザ固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、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 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、予測は、最大確率における予測、および確率分布から予測をランダムサンプリングすることからなるグループから選択されたサンプリング技法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: predicting at maximum probability, and randomly sampling the 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、平均化された予測は、平均化方法を使用して、時間ステップの期間にわたる予測を平均化することによって決定され、平均化された予測は、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判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 the time step period 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、および最頻値を計算することからなるグループから選択された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高忠実度の訓練された機械学習モデルは、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因子データは、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 high-fidelity trained 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 indicator data and other factor data are time segments of data over a time period.

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の訓練された機械学習モデルは、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遠隔に配置される。 In some example implementations of the method of any example implementation, the personalized high-fidelity trained machine learning model is stored in a remote memory, which is located remotely 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と、ディスプレイと、ユーザ健康指標データセンサと、記憶された命令を有するメモリとを備えるモバイルコンピューティングデバイスを含み得、命令は、マイクロプロセッサによって実行されると、第1の時間における測定された低忠実度健康指標データと他因子データとを受信する動作であって、測定された健康指標データがユーザ健康指標データセンサによって取得される、動作と、第1の時間における健康指標データと他因子データとを含むデータを、訓練された高忠実度機械学習モデルに入力する動作であって、訓練された高忠実度機械学習モデルが、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予測する、動作と、予測が異常であることに応答して、ユーザの健康が異常であるという通知をユーザに送信する動作とを処理デバイスに実行させる。 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 having stored instructions that, when executed by the microprocessor, cause the processing device to perform the following operations: receive measured low-fidelity health indicator data and other factor data at a first time, where the measured health indicator data is acquired by the user health indicator data sensor; input the data including the health indicator data and other factor data at the first time into a trained high-fidelity machine learning model, where the trained high-fidelity machine learning model predicts whether the user's health indicator data is normal or abnormal; and, in response to the prediction being abnormal, send a notification to the user 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、訓練された高忠実度機械学習モデルは、訓練された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、訓練された高忠実度機械学習モデルは、訓練された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、訓練された高忠実度機械学習モデルは、訓練された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、訓練された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 feedforward 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、訓練された高忠実度機械学習モデルは、ユーザ固有の高忠実度測定データに基づいてラベル付けされた測定されたユーザ健康指標データにおいて訓練されている。 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、訓練された高忠実度機械学習モデルは、高忠実度測定データに基づいてラベル付けされた低忠実度健康指標データにおいて訓練されており、低忠実度健康指標データおよび高忠実度測定データは、被験者の集団からのものである。 In some example implementations of the health monitoring device of any of the example implementations, the trained high-fidelity machine learning model is trained on low-fidelity health indicator data that is labeled based on the high-fidelity measurement data, and the low-fidelity health indicator data and the high-fidelity measurement data are from a population of subjects.

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、確率分布からサンプリングされる。 In some example implementations of the health monitoring device of any of the example implementations, the high-fidelity machine learning model outputs a probability distribution and predictions are sampled from the 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、最大確率における予測、および確率分布から予測をランダムサンプリングすることからなるグループから選択されたサンプリング技法に従ってサンプリングされる。 In some example implementations of the health monitoring device of any example implementation, the predictions are sampled according to a sampling technique selected from the group consisting of: predicting at maximum probability, and randomly sampling the 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、平均化された予測は、平均化方法を使用して、時間ステップの期間にわたる予測を平均化することによって決定され、平均化された予測は、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判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 the time step period 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因子データは、時間期間にわたるデータの時間セグメントである。 In some exemplary implementations of any of the exemplary 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、算術平均を計算する、中央値を計算する、および最頻値を計算するからなるグループから選択された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高忠実度の訓練された機械学習モデルは、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高忠実度の訓練された機械学習モデルは、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遠隔に配置される。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グループから選択される。 In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the personalized high-fidelity trained machine learning model is stored in a memory. In some exemplary implementations of the health monitoring device of any exemplary implementation, the personalized high-fidelity trained machine learning model is stored in a remote memory, the remote memory being located remotely 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.

402 予測されたまたは可能性が高い出力データ
404 実線
500 訓練されたリカレントニューラルネットワーク、訓練されたニューラルネットワーク、RNN、展開された訓練されたRNN
502 状態
504 予測されたPPG
506 ステップ
508 ステップ
510 ステップ
512 ステップ
513 入力データ
513' 入力データ
513'' 入力データ
514 時間tにおける状態
516 訓練された重み
518 セル(Ct)
520 時間t+1における予測
522 更新された状態
523 P* t+2
524 Ct+1
530 Sn
532 予測
600 RNN
602 セル
604 初期状態S0
606 重み行列W、重み
608 時間ステップ1における更新された状態
610 セル
612 時間ステップ2における更新された状態
614 セル
616 時間ステップnにおける状態
700 システム
702 機械学習モデル、訓練された機械学習モデル
704 健康検出器
706 入力発生器、ユーザ入力発生器
708 予測
710 入力データ
712 スマートウォッチ
714 腕時計
716 ディスプレイ
718 ユーザの健康指標データ
720 健康指標バンド
722 腕時計バンド
724 高忠実度センサ
726 低忠実度センサ
900 方法
902 仮想的プロット、プロット
920 異常
1100 データ
1110 第1のチャート、チャート
1120 第2のチャート、チャート
1130 第3のチャート、チャート、出力チャート
1200 コンピュータシステム、コンピューティングシステム
1202 処理デバイス
1204 メインメモリ
1206 スタティックメモリ
1208 ネットワークインターフェースデバイス
1218 データ記憶デバイス
1220 ネットワーク
1222 命令
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
402 Predicted or likely output data
404 Solid Line
500 Trained Recurrent Neural Networks, Trained Neural Networks, RNN, Deployed Trained RNN
502 Status
504 Predicted PPG
506 Steps
508 Steps
510 Steps
512 steps
513 Input Data
513' Input data
513'' input data
514 State at time t
516 Trained Weights
518 Cells ( Ct )
520 Prediction at time t+1
522 Updated Status
523 P * t+2
524 C t+1
530 S n
532 Predictions
600 RNN
602 cells
604 Initial state S 0
606 Weighting matrix W, weight
608 Updated state at time step 1
610 Cell
612 Updated state at time step 2
614 Cells
616 State at time step n
700 System
702 Machine Learning Models, Trained Machine Learning Models
704 Health Detector
706 Input Generator, User Input Generator
708 Predictions
710 Input Data
712 Smart Watch
714 Watches
716 Display
718 User health index data
720 Health Index Band
722 Watch Bands
724 High Fidelity Sensor
726 Low Fidelity Sensors
900 Ways
902 Virtual plot, plot
920 Abnormal
1100 Data
1110 First Chart, Chart
1120 Second Chart, Chart
1130 3rd chart, chart, output chart
1200 Computer systems, computing systems
1202 Processing device
1204 Main memory
1206 Static Memory
1208 Network Interface Device
1218 Data storage device
1220 Network
1222 Command
1226 Processing Logic
1228 Machine-readable storage medium
1230 Bus
1250 Health Monitor

Claims (20)

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た健康指標データセンサと、
記憶された命令を有するメモリと
を備える装置であって、前記命令が、前記処理デバイスによって実行されると、
ある時間におけるユーザの測定された低忠実度健康指標データと他因子データとを受信する動作であって、前記測定された低忠実度健康指標データが前記健康指標データセンサによって取得される、動作と、
前記低忠実度健康指標データと前記他因子データとを含むデータのセットを訓練された高忠実度機械学習モデルに入力する動作であって、前記訓練された高忠実度測定機械学習モデルが、高忠実度データでラベル付けされた低忠実度健康指標データと他因子データとを用いて訓練されており、前記測定された低忠実度健康指標データと前記入力に基づいて予測された低忠実度健康指標データとの差をしきい値と比較することによって、前記ユーザの高忠実度健康指標出力が正常であるかまたは異常であるかの予測を生成するものである、動作と、
前記予測が異常であることに応答して、前記ユーザの健康状態が異常であるという通知を送信する動作と
を前記処理デバイスに実行させる、
装置。
A processing device;
a health indicator data sensor operably coupled to the processing device;
and a memory having instructions stored thereon, the instructions, when executed by the processing device,
receiving measured low fidelity health indicator data and other factor data of a user at a time, the measured low fidelity health indicator data being acquired by the health indicator data sensor;
an operation of inputting a set of data including the low fidelity health indicator data and the other factor data into a trained high fidelity machine learning model, the trained high fidelity measurement machine learning model being trained using the low fidelity health indicator data labeled with high fidelity data and the other factor data, and generating a prediction of whether the user's high fidelity health indicator output is normal or abnormal by comparing a difference between the measured low fidelity health indicator data and predicted low fidelity health indicator data based on the input to a threshold ;
and in response to the prediction being abnormal, transmitting a notification that the user's health condition is abnormal.
Device.
前記訓練された高忠実度機械学習モデルが、訓練された高忠実度生成ニューラルネットワーク、訓練されたリカレントニューラルネットワーク(RNN)、訓練されたフィードフォワードニューラルネットワーク、または訓練された畳み込みニューラルネットワーク(CNN)のうちの1つまたは複数を備える、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the trained high-fidelity machine learning model comprises one or more of a trained high-fidelity generative neural network, a trained recurrent neural network (RNN), a trained feedforward neural network, or a trained convolutional neural network (CNN). 前記訓練された高忠実度機械学習モデルが、ユーザ固有の高忠実度測定データでラベル付けされた測定されたユーザ健康指標データにおいて訓練されている、請求項1に記載の装置。 The device of claim 1, wherein the trained high-fidelity machine learning model is trained on measured user health indicator data labeled with user-specific high-fidelity measurement data. 前記訓練された高忠実度機械学習モデルが、高忠実度測定データでラベル付けされた低忠実度健康指標データにおいて訓練されており、前記低忠実度健康指標データおよび前記高忠実度測定データが、被験者の集団からのものである、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the trained high-fidelity machine learning model is trained on low-fidelity health indicator data labeled with high-fidelity measurement data, and the low-fidelity health indicator data and the high-fidelity measurement data are from a population of subjects. 前記高忠実度機械学習モデルが、確率分布を出力し、前記予測が、前記確率分布からサンプリングされる、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein the high fidelity machine learning model outputs a probability distribution and the prediction is sampled from the probability distribution. 前記予測が、最大確率における予測、および前記確率分布から前記予測をランダムサンプリングすることからなるグループから選択されたサンプリング技法に従ってサンプリングされる、請求項5に記載の装置。 The apparatus of claim 5, wherein the predictions are sampled according to a sampling technique selected from the group consisting of: predicting at maximum probability, and randomly sampling the predictions from the probability distribution. 平均化方法を使用して、時間ステップの期間にわたって前記予測を平均化することによって、平均化された予測が決定され、前記平均化された予測が、前記ユーザの前記低忠実度健康指標データが正常であるかまたは異常であるかを判定するために使用される、請求項5に記載の装置。 The apparatus of claim 5, wherein an 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 low fidelity health indicator data for the user is normal or abnormal. 前記装置が、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グループから選択される、請求項1に記載の装置。 The device of claim 1, wherein the device is selected from the group consisting of a smart watch, a fitness band, a computer tablet, and a laptop computer. 前記低忠実度健康指標データおよび他因子データの各々が、時間期間にわたるデータの時間セグメントである、請求項1に記載の装置。 The apparatus of claim 1, wherein each of the low fidelity health indicator data and other factor data is a time segment of data spanning a time period. 前記低忠実度健康指標データが、前記時間の前の心拍数の記録を含み、前記他因子データが、活動レベルの記録を含み、前記予測が、前記時間の前の心拍数の前記記録中に前記ユーザが心房細動を経験した予測を含む、請求項1に記載の装置。 The device of claim 1, wherein the low fidelity health indicator data includes a record of a heart rate before the time, the other factor data includes a record of an activity level, and the prediction includes a prediction that the user experienced atrial fibrillation during the record of a heart rate before the time. 前記処理デバイスが、さらに、
訓練データのセットを受信する動作であって、前記訓練データが、個人の集団からのラベル付けされた低忠実度健康指標データと、前記個人の集団からの対応する他因子データとを含み、前記ラベル付けされた低忠実度健康指標データが、前記個人の集団からの対応する高忠実度データでラベル付けされている、動作と、
前記ラベル付けされた低忠実度健康指標データおよび前記対応する他因子データの区間を前記訓練された高忠実度機械学習モデルに入力する動作と、
前記訓練された高忠実度機械学習モデルからの出力を前記ラベル付けされた高忠実度データと比較することによって、前記ラベル付けされた高忠実度機械学習モデルを更新する動作と
を行うものである、請求項1に記載の装置。
The processing device further comprises:
receiving a set of training data, the training data including labeled low fidelity health indicator data from a population of individuals and corresponding other factor data from the population of individuals, the labeled low fidelity health indicator data being labeled with corresponding high fidelity data from the population of individuals;
inputting the intervals of the labeled low-fidelity health indicator data and the corresponding other factor data into the trained high-fidelity machine learning model;
and updating the labeled high-fidelity machine learning model by comparing output from the trained high-fidelity machine learning model with the labeled high-fidelity data.
処理デバイスによって、ある時間における測定されたユーザの低忠実度健康指標データと他因子データとを受信するステップであって、前記測定された低忠実度健康指標データがユーザ健康指標データセンサによって取得される、ステップと、
前記処理デバイスによって、前記時間における前記低忠実度健康指標データと他因子データとを含むデータを、訓練された高忠実度機械学習モデルに入力するステップであって、前記訓練された高忠実度機械学習モデルが、高忠実度データでラベル付けされた低忠実度健康指標データと他因子データとを用いて訓練されており、前記測定された低忠実度健康指標データと前記入力に基づいて予測された低忠実度健康指標データとの差をしきい値と比較することによって、前記ユーザの高忠実度健康指標出力が正常であるかまたは異常であるかの予測を生成する、ステップと、
前記予測が異常であることに応答して、前記ユーザの健康状態が異常であるという通知を送信するステップと
を含む方法。
receiving, by a processing device, measured low fidelity health indicator data and other factor data of a user at a time, the measured low fidelity health indicator data being obtained by a user health indicator data sensor;
inputting data including the low fidelity health indicator data and other factor data at the time into a trained high fidelity machine learning model by the processing device, the trained high fidelity machine learning model being trained using the low fidelity health indicator data and other factor data labeled with high fidelity data, and generating a prediction of whether the user's high fidelity health indicator output is normal or abnormal by comparing a difference between the measured low fidelity health indicator data and predicted low fidelity health indicator data based on the input to a threshold;
and in response to the prediction being abnormal, sending a notification that the user's health condition is abnormal.
前記訓練された高忠実度機械学習モデルが、訓練された高忠実度生成ニューラルネットワーク、訓練されたリカレントニューラルネットワーク(RNN)、訓練されたフィードフォワードニューラルネットワーク、または訓練された畳み込みニューラルネットワーク(CNN)のうちの1つまたは複数を備える、請求項12に記載の方法。 The method of claim 12, wherein the trained high-fidelity machine learning model comprises one or more of a trained high-fidelity generative neural network, a trained recurrent neural network (RNN), a trained feedforward neural network, or a trained convolutional neural network (CNN). 前記低忠実度健康指標データおよび前記他因子データの各々が、時間期間にわたるデータの時間セグメントである、請求項12に記載の方法。 The method of claim 12, wherein each of the low fidelity health indicator data and the other factor data is a time segment of data spanning a period of time. 前記低忠実度健康指標データが、前記時間の前の心拍数の記録を含み、前記他因子データが、活動レベルの記録を含み、前記予測が、前記時間の前の心拍数の前記記録中に前記ユーザが心房細動を経験した予測を含み、前記通知が、ECGを取得する指示を含む、請求項12に記載の方法。 The method of claim 12, wherein the low fidelity health indicator data includes a record of a heart rate before the time, the other factor data includes a record of an activity level, the prediction includes a prediction that the user experienced atrial fibrillation during the record of a heart rate before the time, and the notification includes instructions to obtain an ECG. 前記訓練された高忠実度機械学習モデルが、高忠実度測定データでラベル付けされた低忠実度健康指標データにおいて訓練されており、前記低忠実度健康指標データおよび前記高忠実度測定データが、被験者の集団からのものである、請求項12に記載の方法。 The method of claim 12, wherein the trained high-fidelity machine learning model is trained on low-fidelity health indicator data labeled with high-fidelity measurement data, and the low-fidelity health indicator data and the high-fidelity measurement data are from a population of subjects. 前記高忠実度機械学習モデルが、確率分布を出力し、前記予測が、前記確率分布からサンプリングされる、請求項12に記載の方法。 The method of claim 12, wherein the high fidelity machine learning model outputs a probability distribution and the prediction is sampled from the probability distribution. 前記予測が、最大確率における予測、および前記確率分布から前記予測をランダムサンプリングすることからなるグループから選択されたサンプリング技法に従ってサンプリングされる、請求項17に記載の方法。 The method of claim 17, wherein the predictions are sampled according to a sampling technique selected from the group consisting of: predicting at maximum probability, and randomly sampling the predictions from the probability distribution. 平均化方法を使用して、時間ステップの期間にわたって前記予測を平均化することによって、平均化された予測が決定され、前記平均化された予測が、前記ユーザの前記低忠実度健康指標データが正常であるかまたは異常であるかを判定するために使用される、請求項17に記載の方法。 18. The method of claim 17, wherein an averaged prediction is determined by averaging the predictions over a time step period using an averaging method, and the averaged prediction is used to determine whether the low fidelity health indicator data for the user is normal or abnormal. 訓練データのセットを受信するステップであって、前記訓練データが、個人の集団からのラベル付けされた低忠実度健康指標データと、前記個人の集団からの対応する他因子データとを含み、前記ラベル付けされた低忠実度健康指標データが、前記個人の集団からの対応する高忠実度データでラベル付けされている、ステップと、
前記ラベル付けされた低忠実度健康指標データおよび前記対応する他因子データの区間を前記訓練された高忠実度機械学習モデルに入力するステップと、
前記訓練された高忠実度機械学習モデルからの出力を前記ラベル付けされた高忠実度データと比較することによって、前記ラベル付けされた高忠実度機械学習モデルを更新するステップと
をさらに含む、請求項12に記載の方法。
receiving a set of training data, the training data including labeled low-fidelity health indicator data from a population of individuals and corresponding other factor data from the population of individuals, the labeled low-fidelity health indicator data being labeled with corresponding high-fidelity data from the population of individuals;
inputting the intervals of the labeled low-fidelity health indicator data and the corresponding other factor data into the trained high-fidelity machine learning model;
and updating the labeled high-fidelity machine learning model by comparing output from the trained high-fidelity machine learning model with the labeled high-fidelity data.
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