Google、ノイズキャンセリングイヤホンを使用して心拍数を測定と発表

Googleが発表した新しいAPG技術による心拍数の検出方法が注目されています。

この技術は、ノイズキャンセリングイヤホンを使用して心拍数や心律変動などの健康測定値を得るもので、

その利点として、コストが低く、肌の色に影響されにくいとされています。

この新しい技術が次世代のスマートイヤホンに組み込まれる可能性も浮上しています。

Googleのアルゴリズムは、ノイズキャンセリングイヤホンを使用して心拍数を測定できると発表しました。

Googleは、APG技術を使用して、心拍数を検出する方法を紹介し、コストが低く、

PPGなどの主流の検出技術が被験者の肌の色に影響を受けやすい問題を解決できると強調しています。

Googleの研究によれば、ノイズキャンセリングイヤホンは音楽再生だけでなく、

運動中の心拍数をモニタリングするためにも使用でき、かつ、Googleが開発した検出技術は、

現行の主流技術よりも肌の色の影響を受けない精度を持っています。メディアは、

これがGoogleの次世代スマートイヤホンPixel Budsに組み込まれる可能性があると推測しています。

Googleは先週、MobiCom2023で「心臓モニタリングのための音響プレソログラム（Audioplethysmography、APG）」と

呼ばれる論文を発表し、イヤホンを使用して心臓の健康を検出する方法を紹介しました。

この方法は、耳道型のアクティブノイズキャンセリング（ANC）イヤホンと組み合わせて心拍数や

心拍変動（HRV）などの健康測定値を検出することができます。

現在のウェアラブルデバイスに基づく健康モニタリングは、主に光体積変動プレソログラム法（Photoplethysmogram、PPG）

および心電図（electrocardiogram、ECG）およびマイクロコントローラーを統合して、睡眠、心拍数、血圧などを検出します。

しかし、これらの方法はコストが高く、電力を多く消費し、音響設計が複雑で、デバイスの重量も増加させます。

また、PPGは光に基づく検出であり、被験者の肌の色の影響を受けます。

一方、アクティブノイズキャンセリングイヤホンは別の手法を提供します。

以前から、イヤホンマイクを使用して心拍数、呼吸、身体活動を検出し、耳の病気を診断する人もいます。

消費者向けのヘッドフォン型アクティブノイズキャンセリングイヤホンには、

身体の動きから生じる音や風の音を遮断するための高品質なフィルターが組み込まれています。

さらに、耳道型のイヤホンは被動的な信号の聴取に依存し、耳栓の品質に左右されます。

これらの要因により、ヘッドフォン型のイヤホンは（50Hz以下の）低周波数信号の被動的な検出には適していません。

一方、耳道型のアクティブノイズキャンセリングイヤホンはこれらの欠点を回避できます。

耳道型のイヤホンの原理は、スピーカーが低密度の超音波信号を放出して反響をトリガーし、

イヤホン上のフィードバックマイクで受信するものです。

Googleは、APG波形を分析するための円筒反響モデルの同調検出法を開発し、

最終的なAPG波形がPPG波形と非常に類似しており、動脈の切迹（dicrotic notch）が

より明確であることを発見しました。これは、血圧波形から動脈系統（血圧値など）に

関するさらなる情報を提供できることを示しています。

Googleはまた、APG信号の向上と運動雑音への抵抗力を確保するために、

チャネルダイバーシティ（channel diversity）手法を使用しています。

最終的にGoogleは、最適な心拍波形と心拍変動を検出するための周波数が30から32kHzの間にあることを発見しました。

Googleチームは市販のANCイヤホンにこの手法を適用し、対照としてPolar ECG運動計測ベルトを使用しました。

153名の被験者を対象に2回のテストを行い、その結果、

APG法は心拍数と心拍変動の絶対誤差の中央値がそれぞれ3.21％と2.7％で、

安定した精度を示しました。これにより、APG法はPPG検出と異なり、

被験者の肌の色の影響を受けにくいことが確認されました。

Googleの研究は、現行のウェアラブルデバイス主流のPPG技術よりも、低コストで被験者の肌の色に影響されにくく、

多様な運動に適用可能であり、またソフトウェアのアップグレードが容易な利点を提案しています。

イヤホンに組み込まれることで、超音波信号が音楽再生に干渉せず、

このような製品の普及に貢献することが期待されます。

この論文は、9to5Googleが最初に報じたものであり、

同サイトは10月初旬にGoogleのPixel Buds Appコードの分析により、

次世代Pixel Budsには聴力の健康を維持するための音量検出機能や、

ノイズキャンセルと透過モードの切り替えが可能な対話検出機能が含まれる可能性があることを報じています。

Googleの研究によれば、APG技術はノイズキャンセリングイヤホンを活用して心拍数を測定する革新的な手法であり、従来のPPG技術と比べて低コストかつ被験者の肌の色に影響されにくい特長を持っています。この新しい方法は音楽再生と同時に運動中の心拍数をモニタリングすることができ、Googleの独自の検出技術により高い精度が期待されます。これは、今後のスマートイヤホンの発展に寄与する可能性があります。