I ricercatori hanno sviluppato un nuovo software che consente di utilizzare a basso costo, telecamere termiche collegate ai telefoni cellulari per monitorare la velocità di respirazione di una persona. Questo tipo di termografia mobile potrebbe essere utilizzata per monitorare i problemi respiratori nelle persone anziane che vivono da sole, persone sospettate di avere apnee notturne o bambini a rischio di sindrome della morte improvvisa del lattante (SIDS).

Nella rivista The Optical Society (OSA) Ottica biomedica Express , i ricercatori riferiscono che il loro nuovo software combinato con una termocamera a basso costo ha funzionato bene durante l'analisi della frequenza respiratoria durante i test che simulano il movimento del mondo reale e le variazioni di temperatura.

"Poiché le termocamere continuano a diventare più piccole e meno costose, ci aspettiamo che i telefoni, computer e dispositivi di realtà aumentata un giorno incorporeranno telecamere termiche che potranno essere utilizzate per varie applicazioni, ", ha affermato Nadia Bianchi-Berthouze dell'University College di Londra, (Regno Unito) e leader del gruppo di ricerca. "Utilizzando termocamere a basso costo, il nostro lavoro è un primo passo verso l'introduzione della termografia nella vita quotidiana delle persone. Questo approccio può essere utilizzato in luoghi in cui altri sensori potrebbero non funzionare o destare preoccupazioni".

Oltre a rilevare problemi respiratori, il nuovo approccio potrebbe un giorno consentire alla fotocamera del computer di rilevare sottili irregolarità respiratorie associate a dolore o stress e quindi inviare messaggi che ti aiutino a rilassarti e a regolare la respirazione. Sebbene le videocamere tradizionali possano essere utilizzate per monitorare la respirazione, non funzionano bene in situazioni di scarsa illuminazione e possono causare problemi di privacy se utilizzati per il monitoraggio nelle case di cura, Per esempio.

"Le termocamere possono rilevare la respirazione di notte e di giorno senza richiedere alla persona di indossare alcun tipo di sensore, " ha detto Youngjun Cho, primo autore del saggio. "Rispetto a una videocamera tradizionale, una termocamera è più riservata perché è più difficile identificare la persona".

Termocamere personali

Termocamere, che utilizzano lunghezze d'onda infrarosse per rivelare la temperatura di un oggetto o di una scena, sono stati utilizzati in una varietà di applicazioni di monitoraggio per qualche tempo. Recentemente, il loro prezzo e le loro dimensioni sono diminuiti abbastanza da renderli pratici per l'uso personale, con piccole termocamere che si collegano ai telefoni cellulari ora disponibili per circa $ 200.

"Grande, costosi sistemi di imaging termico sono stati utilizzati per misurare la respirazione monitorando le variazioni di temperatura all'interno delle narici in condizioni controllate, " ha detto Cho. "Volevamo utilizzare i nuovi sistemi portatili per fare la stessa cosa creando un metodo di tracciamento respiratorio basato su smartphone che potrebbe essere utilizzato in quasi tutti gli ambienti o attività. Però, abbiamo scoperto che nelle situazioni del mondo reale questo tipo di imaging termico mobile è stato influenzato dai cambiamenti della temperatura dell'aria e dai movimenti del corpo".

Per risolvere questi problemi, i ricercatori hanno sviluppato algoritmi che possono essere utilizzati con qualsiasi termocamera per compensare i cambiamenti di temperatura ambiente e tracciare accuratamente le narici mentre la persona si muove. Inoltre, i nuovi algoritmi migliorano il modo in cui vengono elaborati i segnali respiratori. Invece di calcolare la media delle letture della temperatura dai pixel 2D intorno alle narici, come è stato fatto in passato, Cho ha sviluppato un modo per trattare l'area come una superficie 3D per creare una misurazione più precisa della temperatura nelle narici.

Test in situazioni del mondo reale

Oltre ai test di laboratorio indoor, i ricercatori hanno utilizzato l'approccio di imaging termico mobile per misurare la respirazione dei volontari in uno scenario che prevedeva esercizi di respirazione con variazioni della temperatura ambiente e in un test completamente non vincolato in cui i volontari camminavano all'interno e all'esterno di un edificio. Durante le prove di deambulazione, la termocamera è stata posizionata a una distanza compresa tra 20 e 30 centimetri dal viso di una persona utilizzando un rig che fissava la fotocamera a un cappello. Un cavo ha poi collegato la fotocamera con un telefono cellulare portato dai volontari dello studio. È anche possibile tenere uno smartphone con una fotocamera a circa 50 centimetri dal viso per misurare la respirazione.

"Per tutti e tre i tipi di studi, gli algoritmi hanno mostrato prestazioni significativamente migliori nel tracciare l'area della narice rispetto ad altri metodi all'avanguardia, " ha detto Cho. "In termini di stima della frequenza respiratoria, i test al di fuori del laboratorio hanno mostrato i migliori risultati se confrontati con gli algoritmi più recenti. Sebbene i risultati fossero paragonabili a quelli del tradizionale sensore della cintura respiratoria, per le situazioni mobili il nostro approccio sembra essere più stabile perché la cintura tende ad allentarsi."

Poiché il nuovo approccio è più stabile rispetto ai sensori respiratori standard della fascia toracica, il metodo potrebbe essere potenzialmente utilizzato per ottimizzare le prestazioni di un atleta fornendo un feedback più affidabile e accurato sui modelli di respirazione durante l'esercizio.

I ricercatori hanno portato il loro lavoro un ulteriore passo avanti deducendo il carico mentale o lo stress di una persona attraverso l'analisi automatica della respirazione. Hanno usato il loro software di imaging termico per monitorare il respiro delle persone che erano libere di muoversi mentre svolgevano vari tipi di attività, e i risultati si sono allineati bene con i risultati di studi che hanno utilizzato apparecchiature molto più sofisticate, indicare che l'approccio basato sulla termocamera portatile potrebbe essere uno strumento utile per le app che aiutano le persone a rilassarsi.

"Utilizzando la termografia mobile per monitorare solo la respirazione, abbiamo ottenuto risultati molto paragonabili a quanto avevano trovato altri studi, ", ha detto Bianchi-Berthouze. "Tuttavia, quegli studi usavano complessi, tecniche all'avanguardia che hanno coinvolto più sensori che monitorano non solo la respirazione ma anche la frequenza cardiaca".

L'attuale versione del software non stima la frequenza respiratoria in tempo reale, ma i ricercatori stanno lavorando per incorporare questa capacità e per testare i loro algoritmi in più situazioni di vita reale.