ملی میٹر ویو ریڈار کے ذریعے بغیر رابطے کے ای سی جی۔ یہ آپ کے دل کے برقی سگنل کو کیسے دوبارہ تشکیل دیتا ہے

بازل، سوئٹزرلینڈ

ایک ایسے مانیٹر کا تصور کریں جو کسی چپکنے والے الیکٹروڈ کے بغیر آپ کے دل کی برقی تال دیکھتا ہے۔ ملی میٹر ویو ریڈار کی تحقیق بالکل اسی طرف جا رہی ہے۔ ایک حالیہ مطالعہ ظاہر کرتا ہے کہ ریڈار سینے کی معمولی حرکتوں سے ای سی جی کی لہر کو کیسے دوبارہ تشکیل دے سکتا ہے، ایک عام ریڈیو انعکاس کو ایک بامعنی کارڈیک سگنل میں بدل دیتا ہے۔

کیا یہ بہتر نہیں ہوگا اگر طویل مدتی دل کی نگرانی بالکل محسوس نہ ہو؟ سانس اور دل کی دھڑکن صحت کے طاقتور اشارے ہیں۔ اگر کوئی انہیں مسلسل ٹریک کر سکے تو ڈاکٹر باریک تبدیلیاں پہلے دیکھ سکتے ہیں، تشخیص میں مدد کر سکتے ہیں، اور علاج کو ذاتی بنا سکتے ہیں۔ معیاری ای سی جی الیکٹروڈز اور سانس کی پٹیاں یہ کام اچھی طرح کرتی ہیں، لیکن انہیں جلد سے رابطہ، کیبلز اور احتیاط سے رکھنے کی ضرورت ہوتی ہے۔ اس کی وجہ سے وہ کم آرام دہ ہوتی ہیں اور لمبے عرصے تک استعمال کرنا مشکل ہوتا ہے۔ ریڈار سینسنگ اس مساوات کو بدل دیتی ہے۔ یہ منعکس شدہ مسلسل لہروں کا استعمال کرتے ہوئے تھوڑے فاصلے سے سینے کی دیوار کی حرکت کا پتہ لگاتی ہے، بغیر کوئی تصویر یا آواز لیے۔ رازداری برقرار رہتی ہے۔

ریڈار اور ای سی جی کے درمیان ایک گہرا چیلنج ہے۔ ای سی جی برقی سرگرمی ریکارڈ کرتا ہے۔ ریڈار مکینیکل حرکت ریکارڈ کرتا ہے۔ دل کی دھڑکن برقی سگنل پیدا کرتی ہے، اور پھر اس کے بعد سینہ ہلکی سے حرکت کرتا ہے۔ ان دو واقعات کے درمیان تعلق پیچیدہ اور غیر خطی ہے۔ صرف سینے کی حرکت ناپنا کافی نہیں ہے۔ ای سی جی کی شکل حاصل کرنے کے لیے سسٹم کو یہ سیکھنا ہوگا کہ چھوٹی کمپنیں برقی تبدیلیوں سے کیسے مطابقت رکھتی ہیں۔

پہلے طریقوں میں ویولیٹس، آٹو کارلیشن اور فزیولوجیکل ماڈلز استعمال کیے جاتے تھے تاکہ شرح کا اندازہ لگایا جا سکے۔ حالیہ ڈیپ لرننگ ماڈلز نے ریڈار سے براہ راست ای سی جی ویو فارم بنانے کی کوشش کی۔ CNN-LSTM، آٹو انکوڈرز اور اٹینشن پر مبنی نظام امید افزا ثابت ہوئے۔ انہیں ایک عملی مسئلے کا بھی سامنا کرنا پڑا۔ ریڈار اور ای سی جی آلات اکثر الگ گھڑیوں پر شروع ہوتے ہیں، مختلف رفتار سے نمونے لیتے ہیں اور مختلف اوقات میں ریکارڈنگ شروع کرتے ہیں۔ اگر سگنلز ہم آہنگ نہ ہوں تو زیر نگرانی سیکھنے کی درستگی کم ہو جاتی ہے۔ ریڈار میں پس منظر کی مداخلت، کرنسی کی تبدیلیاں اور حرکت کی وجہ سے پیدا ہونے والے نمونے بھی شامل ہوتے ہیں جو نقشہ سازی کو پیچیدہ بناتے ہیں۔

نئی تحقیق ایک مکمل پائپ لائن بناتی ہے جو ان مسائل سے براہ راست نمٹتی ہے۔ محققین نے 77 سے 81 گیگا ہرٹز کا FMCW ریڈار استعمال کیا جس میں ایک ٹرانسمٹ اور چار ریسیو اینٹینا تھے۔ BIOPAC MP150 سسٹم نے 2000 ہرٹز پر حوالہ سانس اور تین لیڈ ای سی جی ریکارڈ کیا۔ رضاکار ریڈار سے تقریباً آدھے میٹر کے فاصلے پر بیٹھے اور 120 سیکنڈ کے سیشنوں کے دوران خاموش رہے۔ نتیجہ چار مضامین سے 35 درست ریکارڈنگز تھا، جس سے انہیں ریڈار اور ای سی جی کا ایک گھنٹے سے زیادہ جوڑا ہوا ڈیٹا ملا۔

پری پروسیسنگ کا آغاز ریڈار کے تیز وقت کے محور پر فاسٹ فوئیر ٹرانسفارم سے ہوا تاکہ رینج پروفائلز بنائی جا سکیں۔ سب سے مضبوط رینج بن سینے کی دیوار کی نمائندگی کرتا تھا۔ اس بن کے پیچیدہ سگنل کے فیز کو کھولا گیا تاکہ مسلسل نقل مکانی حاصل کی جا سکے۔ کسی بھی ای سی جی کی تعمیر نو سے پہلے ریڈار اور BIOPAC کی گھڑیوں کو ہم آہنگ کرنا ضروری تھا۔ ٹیم نے ہر ریڈار چینل سے سانس کے جزو کو 0.1 سے 0.6 ہرٹز کے بینڈ پاس فلٹر کے ذریعے نکالا۔ پھر انہوں نے تین سیکنڈ کی تاخیر کی کھڑکی میں نارملائزڈ کراس کارلیشن استعمال کیا۔ اس تلاش نے بہترین چینل منتخب کیا اور وقت کے فرق کا اندازہ لگایا۔ یہ قدم تکنیکی لگ سکتا ہے۔ یہ پورے عمل کا خاموش ہیرو ہے۔

ای سی جی ماڈل کے لیے ریڈار کے سینے کے سگنل کو 8 سے 30 ہرٹز کے بینڈ پاس فلٹر سے گزارا گیا تاکہ دل سے متعلق کمپن کو نمایاں کیا جا سکے۔ حوالہ ای سی جی کو 250 ہرٹز پر دوبارہ نمونہ بنایا گیا، 50 ہرٹز کے نوچ فلٹر اور 0.5 سے 40 ہرٹز کے بینڈ پاس فلٹر سے گزارا گیا۔ دونوں سگنلز کو 2048 نمونوں کی کھڑکیوں میں کاٹا گیا جن میں 50 فیصد اوورلیپ تھا۔ اس سے خود ساختہ ڈیٹاسیٹ سے 1015 جوڑے دار نمونے بنے۔ ایک بے ترتیب تقسیم نے 70 فیصد تربیت، 15 فیصد توثیق اور 15 فیصد جانچ کے لیے مختص کیے۔

تعمیر نو کا نیٹ ورک کنولوشنل انکوڈر ڈیکوڈر کو دو طرفہ LSTM کے ساتھ جوڑتا ہے۔ انکوڈر ریڈار سگنل کو متعدد پیمانوں پر کمپیکٹ خصوصیات میں کمپریس کرتا ہے۔ ڈیکوڈر وقت کی جہت کو بحال کرتا ہے۔ پھر BiLSTM کی تہیں ان خصوصیات کو دونوں سمتوں میں پڑھتی ہیں، تاکہ ماڈل ہر دل کی دھڑکن سے پہلے اور بعد کے سیاق و سباق کو سمجھ سکے۔ ڈینس تہیں ہر 64 جہتی خصوصیت کو ایک واحد ای سی جی ایمپلیٹیوڈ میں بدل دیتی ہیں۔ نیٹ ورک مشترکہ وقت اور فریکوئنسی نقصان کا استعمال کرتا ہے جو وقت کے ڈومین میں مین اسکوائرڈ ایرر کو STFT پر مبنی اسپیکٹرل نقصان کے ساتھ جوڑتا ہے۔ یہ تعمیر شدہ ای سی جی کو ایمپلیٹیوڈ اور فریکوئنسی دونوں میں تیز رکھتا ہے، اور زیادہ ہموار کرنے کو کم کرتا ہے جو اہم ویو فارم کی تفصیلات چھپا سکتا ہے۔

نتائج ریڈار پر مبنی ای سی جی کے حق میں ثبوت فراہم کرتے ہیں۔ خود ساختہ ڈیٹاسیٹ پر تعمیر شدہ ای سی جی نے 0.0555 کی اوسط مطلق غلطی، 0.5631 کا ارتباط گتانک اور 0.3162 کا RRMSE حاصل کیا۔ دل کی دھڑکن کی اوسط غلطی صرف ایک دھڑکن فی منٹ تھی، اور R-R وقفہ کی غلطی تقریباً 10 ملی سیکنڈ تھی۔ جب عوامی ڈیٹاسیٹ پر آرام، اپنیا اور والسالوا کے حالات میں جانچ کی گئی تو ماڈل نے 0.8923، 0.6919 اور 0.8387 کے ارتباط گتانک حاصل کیے۔ یہ اعداد و شمار انہی حالات میں شائع شدہ MultiRes-LinkNet حوالہ اقدار سے نمایاں طور پر زیادہ ہیں۔ MAE اقدار بھی کم تھیں۔ یہ صرف الگورتھم کی مشق نہیں ہے۔ یہ ظاہر کرتا ہے کہ سینے کی مکینیکل حرکت میں دل کی دھڑکن کے وقت کی اتنی معلومات ہوتی ہیں کہ طبی لحاظ سے متعلقہ برقی تال کی تعمیر نو کی جا سکے۔

تعمیر شدہ ای سی جی سے R چوٹیوں کا پتہ لگانے سے دل کی اوسط شرح اور اوسط R-R وقفہ کے قابل اعتماد اندازے ملے۔ یہ پیرامیٹرز تال کی نگرانی میں مفید ہیں، خاص طور پر ان لوگوں کے لیے جنہیں طویل مدتی کارڈیک نگرانی کی ضرورت ہوتی ہے۔ محققین تسلیم کرتے ہیں کہ کچھ ویو فارم کی تفصیلات اب بھی نمونے سے نمونے میں مختلف ہوتی ہیں، اور موجودہ فریم ورک آف لائن کام کرتا ہے۔ حرکت اور کرنسی کی تبدیلیاں مستقبل کی تحقیق کے شعبے ہیں۔ مستقبل کے کام میں مزید شرکاء، موضوع سے الگ تشخیص، بہتر مقامی ویو فارم کی وفاداری اور حرکت کے خلاف مزاحمت کی حکمت عملی شامل ہوگی۔

یہاں کچھ خاموشی سے متاثر کن ہے۔ ایک ریڈار ماڈیول جو ایک چھوٹے ڈبے جیسا لگتا ہے، جسم کی سطحی حرکت کا مشاہدہ کرکے دل کے برقی دستخط کا پتہ لگا سکتا ہے۔ اس قسم کی سینسنگ قدرتی طور پر سمارٹ ہیلتھ کیئر میں فٹ بیٹھتی ہے۔ یہ نیند کی نگرانی، بیٹھے رہنے والے طرز زندگی کی صحت کا جائزہ، اور گھر پر کارڈیک نگرانی میں مدد کر سکتی ہے، بغیر کسی شخص کو کچھ پہننے کی ضرورت ہو۔ جو لوگ آسانی اور آرام کو اہمیت دیتے ہیں، ان کے لیے یہ ایک قابل توجہ مستقبل ہے۔