Detection of Covid-19 from smartwatch data

Wearable device는 사용자의 vital sign을 지속적으로 monitoring 한다. 해당 논문에서 개발한 알고리즘으로 비정상적인 heart rate의 증가를 감지하여 코로나 증상이 시작되기도 전에 63%를 진단하였다. 본 논문에서는 시중에서 사용되는 wearable device를 통해 large-scale, real-time으로 호흡기 관련 질병을 진단해 낼 수 있음을 보였다.

 

Intro

전염성 있는 질병의 이른 진단은 전염을 완화하는데 중요한 역할을 한다. 하지만 대부분의 진단 방법은,, 침이나 혈액 같은 성분을 이용하여 진단하는데, 이는 일상적으로 또 낮은 가격으로 시행하기에는 어려움이 있다. 특히나 COVID19는 PCR 검사를 시행하는데, 믿을만한 양성 결과가 나오기 위해서는 감염된 후 3일이 지나야 하며, 일상적으로 매일 시행하기에는 어려움이 있는 검사방법이다.

요즘 Consumer wearable device의 정확도는 굉장히 높은 편이며 널리 사용되고 있다. Smart watch에서 감지된 상승한 heart rate은 respiratory virus의 감염확산을 추적하는 데 사용할 수 있다는 선행연구들이 존재한다. 본 논문에서는 5,262명의 heart rate과 step data를 이용하여 Covid19 의 증상이 시작되기 전, 질병을 진단하고, 더하여서 real-time 모니터링이 가능하도록 새로운 알고리즘을 개발하였다.

 

Result

Figure 1의 밑에 두 그래프는 한 사람의 데이터를 두 개의 진단 방법 RHR-Diff/ HROS-AD으로 분석한 것이고 0 day는 증상이 시작된 날이다. 비정상적인 심장박동수의 증가는 빨간색 별로 표시해두었다.

 

RHR-Diff (resting heart rate), 28일 동안의 resting heart rate의 평균을 기준으로 함, 1h resolution

HROS-AD (heart rate over step-anomaly detection) step data로 심박수를 나눔, 1h resolution

 

다른 여러 케이스들을 분석해본 결과, 상승된 심장박동수는 일반적은 respiratory illness의 사인으로 볼 수 있음을 알게 되었다.

 

To detect COVID19 in real time

Resting heart rate은 몸의 이상 때문에만 나타나는 것은 아니고, 술과 운동 등 다양한 경우에도 나타날 수 있지만 질병 진단과의 차이는 duration이다. 28일의 베이스라인에 비교하여서 elevated heart rate이 처음 감지되고 24시간 동안 유지되었을 때, 최종적으로 양성이라 판단한다. 하지만 4명 중 3명은 'holiday bump', 11월에서 12월의 holiday period 동안 높은 heart rate이 관찰되었다. 즉, 지속적인 travel air, 알코올 스트레스 등을 질병과 구분하기 어렵다는 문제점이 있다.

 

Discussion

결과적으로 여기서 제시하는 알고리즘으로는 COVID19를 구분하고 진단하는 것은 어렵다. Increased heart rate은 respiratory infection의 공통된 특징이기 때문이다. 하지만 특히 요즘 같은 pandemic상황에서는 증상이 나타나기 이전에 질병에 감염되었음을 아는 것은 중요하다. 질병이 퍼지기 전, 자가격리나 치료 등을 하며 질병 확산을 막을 수 있기 때문이다.

 

 

Reference

Mishra, Tejaswini, et al. "Pre-symptomatic detection of COVID-19 from smartwatch data." Nature biomedical engineering 4.12 (2020): 1208-1220.

https://www.nature.com/articles/s41551-020-00640-6