Bác sĩ thường chỉ thấy vài phút rung động của tim: Tai nghe muốn đưa phép đo này ra khỏi phòng khám

Một số tín hiệu cơ học của tim hiện vẫn được đo theo kiểu “ảnh chụp nhanh”: bệnh nhân nằm yên trong phòng khám, gắn accelerometer và gyroscope lên ngực, rồi bác sĩ thu được vài phút dữ liệu. Cách làm này đủ để quan sát một thời điểm, nhưng khó phản ánh những thay đổi chỉ xuất hiện khi người bệnh ngủ, vận động hoặc sinh hoạt bình thường.

Một nhóm nghiên cứu từ Carnegie Mellon University, Tsinghua University và Shanghai Jiao Tong University đang thử một hướng đơn giản hơn: dùng chính tai nghe mà người dùng vốn đeo hàng ngày để nghe những rung động rất nhỏ do tim tạo ra. Hệ thống, có tên LubDubDecoder, tận dụng loa hoặc microphone sẵn có trong nhiều loại earbud và headphone, sau đó dùng mô hình tính toán để tái dựng hai loại tín hiệu cơ học của tim là seismocardiogram (SCG) và gyrocardiogram (GCG).

Trong paper “LubDubDecoder: Bringing Micro-Mechanical Cardiac Monitoring to Hearables” tại CHI 2026, nhóm báo cáo nghiên cứu khả thi trên 25 người. Các tín hiệu tái dựng có tương quan 0,88–0,95 với phép đo tham chiếu gắn trên ngực trong các đánh giá theo từng người và giữa nhiều người. Khi chuyển sang thiết bị tai nghe chưa từng thấy trước đó, quy trình thích nghi tự động đạt tương quan trung bình khoảng 0,91.

Điểm cần giữ đúng mức là thời gian. Công nghệ này hướng tới theo dõi tim dài hạn ngoài phòng khám, nhưng nghiên cứu hiện tại không chứng minh việc theo dõi bệnh nhân liên tục suốt nhiều tháng. Thử nghiệm theo thời gian dài nhất trong paper kiểm tra độ ổn định sau một ngày, năm ngày và hai tuần trên hai người; một thử nghiệm “free-living” khác kéo dài một giờ. Vì vậy, nói rằng thiết bị đã theo dõi bệnh nhân nhiều tháng sẽ vượt quá dữ liệu hiện có.

Không phải ECG: tai nghe đang đo chuyển động cơ học của tim

ECG đo hoạt động điện của tim. LubDubDecoder nhắm tới một lớp thông tin khác: chuyển động cơ học xảy ra khi cơ tim co, máu được tống ra và các van đóng mở.

Seismocardiography đo những gia tốc rất nhỏ của lồng ngực do hoạt động tim tạo ra, còn gyrocardiography đo thành phần chuyển động quay. Các điểm đặc trưng trên những tín hiệu này có thể liên hệ với thời điểm van hai lá đóng, van động mạch chủ mở hoặc giai đoạn tống máu của tâm thất.

Thông thường, để thu SCG và GCG có chất lượng tốt, cảm biến phải được đặt khá chính xác trên ngực. Vị trí đặt thay đổi có thể làm hình dạng sóng thay đổi đáng kể. Đó là một bất tiện lớn nếu mục tiêu là để người dùng tự đo nhiều lần ngoài bệnh viện.

Tai là một vị trí thú vị vì thiết bị đeo có xu hướng quay về cùng một vị trí giải phẫu mỗi lần sử dụng. Những rung động cơ học từ tim truyền qua mô cơ thể tới vùng tai, yếu hơn nhiều so với ở ngực nhưng vẫn có thể đo được nếu hệ thống đủ nhạy.

Loa tai nghe có thể làm việc ngược như một microphone

Ý tưởng kỹ thuật quan trọng nhất của LubDubDecoder không phải thêm một cảm biến mới. Nhóm tận dụng tính đối ứng của transducer: màng loa thường chuyển tín hiệu điện thành chuyển động để tạo âm thanh, nhưng về nguyên tắc nó cũng có thể phản ứng với dao động cơ học từ môi trường và tạo ra tín hiệu điện.

Nhờ đó, chiếc loa vốn chỉ dùng để phát nhạc có thể trở thành một cảm biến thụ động cho các rung động tần số thấp xuất hiện trong tai. Với một số thiết bị không dây có microphone trong tai, hệ thống có thể dùng microphone thay vì loa. Paper cho biết cách tiếp cận này hoạt động trên nhiều kiểu hearable, gồm earbud có dây, earbud không dây, headphone trùm tai và tai nghe dẫn truyền xương.

Tín hiệu thô thu ở tai chưa giống ngay SCG hay GCG đo trên ngực. LubDubDecoder dùng một pipeline học máy để học mối quan hệ giữa sóng thu trong tai và tín hiệu tham chiếu trên ngực, sau đó tái dựng các dạng sóng cơ học tương ứng.

Đây là điểm khác với một đồng hồ đo nhịp tim thông thường. Mục tiêu không chỉ là đếm bao nhiêu nhịp mỗi phút, mà là khôi phục hình dạng và thời điểm của các sự kiện cơ học trong từng chu kỳ tim.

25 người, 11,8 giờ dữ liệu đồng bộ và bài toán đổi tai nghe

Trong nghiên cứu chính, nhóm thu tổng cộng khoảng 710 phút, tương đương 11,8 giờ dữ liệu đồng bộ. Cả 25 người đều được đo bằng loa trong tai của earbud có dây; 15 người còn được đo bằng microphone trong tai của earbud không dây. Một nhóm nhỏ ba người được thử trên năm loại hearable khác nhau để xem phần cứng thay đổi ảnh hưởng ra sao.

Kết quả cho thấy phần cứng thực sự tạo khác biệt lớn. Cùng một người nhưng chuyển sang tai nghe khác có thể cho dạng tín hiệu thu trong tai khác đáng kể. Để tránh phải huấn luyện lại từ đầu cho từng model tai nghe, nhóm xây một bước thích nghi “zero-effort” nhằm chuẩn hóa tín hiệu của thiết bị mới so với thiết bị tham chiếu.

Trong đánh giá giữa các thiết bị, tín hiệu SCG tái dựng đạt tương quan Pearson trung bình 0,91 ± 0,04 với phép đo tham chiếu. Đây là một kết quả về độ giống của dạng sóng, không phải độ chính xác chẩn đoán bệnh.

Hai tuần là dữ liệu đáng chú ý hơn con số “nhiều tháng”

Một wearable chỉ hữu ích cho theo dõi dài hạn nếu mô hình không mất tác dụng ngay sau vài ngày. Nhóm vì thế kiểm tra hai người ở các mốc một ngày, năm ngày và hai tuần sau thời điểm huấn luyện ban đầu.

Với earphone, sai số trung vị của khoảng giữa các nhịp trên SCG vẫn ở khoảng 0,5% tại cả ba mốc. Với headphone, con số tương ứng dao động khoảng 0,5–0,9%. Paper xem đây là bằng chứng ban đầu rằng mô hình có thể chịu được những thay đổi tự nhiên của nhịp tim giữa các ngày và tuần.

Nhưng đây vẫn là thử nghiệm rất nhỏ cho mục tiêu theo dõi dài hạn: chỉ hai người và tối đa hai tuần. Cân nặng, tình trạng da, hình dạng mô quanh tai, bệnh tim tiến triển hoặc thay đổi phần cứng qua nhiều tháng đều có thể tạo drift. Chính nhóm tác giả cũng cho rằng hiệu chuẩn định kỳ có thể vẫn cần thiết.

Vấn đề khó nhất ngoài đời là người dùng luôn chuyển động

Tín hiệu tim trong tai rất nhỏ, trong khi nhai, nói chuyện, gật đầu hoặc đi bộ tạo chuyển động lớn hơn nhiều. Vì vậy, một hệ thống dùng ngoài phòng khám cần biết khi nào dữ liệu đáng tin và khi nào nên bỏ.

LubDubDecoder dùng một bộ phân loại để phát hiện đoạn có motion artifact. Trong đánh giá chéo năm phần, mô hình đạt ROC AUC 0,994 và độ chính xác trung bình 97,7 ± 2,2% trong việc phân biệt đoạn tĩnh với đoạn bị chuyển động làm nhiễu.

Nhóm cũng thực hiện một phiên thử nghiệm một giờ trong điều kiện sinh hoạt tự nhiên. Hệ thống có thể loại các khoảng bị nhiễu bởi chuyển động và giữ lại dữ liệu sạch khi người dùng ngồi làm việc hoặc ở trạng thái tương đối tĩnh.

Điều này cũng cho thấy một giới hạn quan trọng: “theo dõi liên tục” không có nghĩa là hệ thống thu được SCG/GCG chất lượng cao ở mọi giây trong ngày. Khi người dùng vận động mạnh, nhiều đoạn dữ liệu sẽ phải bị loại bỏ. Giá trị thực tế có thể đến từ việc tích lũy nhiều cửa sổ đo sạch rải rác trong ngày thay vì một dòng dữ liệu hoàn hảo không gián đoạn.

Chưa phải thiết bị chẩn đoán bệnh tim

Các tác giả nhấn mạnh rằng công nghệ vẫn cần được kiểm chứng lâm sàng trên bệnh nhân có hoặc có nguy cơ mắc bệnh tim mạch. Nghiên cứu hiện tại chủ yếu trả lời câu hỏi kỹ thuật: liệu có thể tái dựng tín hiệu cơ học của tim từ phần cứng tai nghe phổ biến hay không.

Nó chưa chứng minh LubDubDecoder có thể chẩn đoán suy tim, thiếu máu cơ tim, rung nhĩ hay bệnh van tim. Việc một waveform tương quan tốt với cảm biến tham chiếu không tự động đồng nghĩa với độ nhạy và độ đặc hiệu chẩn đoán tốt.

Một vấn đề khác là dữ liệu quá nhiều chưa chắc giúp bác sĩ nhiều hơn. Paper dành hẳn một phần thảo luận cho việc tích hợp với workflow lâm sàng: thay vì đẩy hàng giờ tín hiệu thô vào hồ sơ bệnh án, hệ thống tương lai cần tóm tắt những đoạn đáng chú ý, đánh dấu chất lượng tín hiệu và gắn chúng với bối cảnh như hoạt động, tư thế hay thời điểm trong ngày.

Nếu các thử nghiệm lâm sàng sau này xác nhận giá trị chẩn đoán, lợi thế lớn của cách tiếp cận này có thể nằm ở phần cứng: nhiều người đã có tai nghe, và loa là thành phần gần như luôn hiện diện. Nhưng bước tiếp theo không phải tuyên bố rằng tai nghe đã trở thành “bác sĩ trong tai”. Nhóm nghiên cứu cần chứng minh hệ thống hoạt động trên bệnh nhân thật, trong thời gian dài hơn, với nhiều kiểu bệnh tim và nhiều tháng sử dụng thực tế.

Nguồn chính: paper tại CHI 2026; bản đầy đủ của nhóm tác giả và thông tin từ Carnegie Mellon University.