Cardiologia, analisi del cardiogramma, frequenza cardiaca – foto illustrativa. Credito immagine: Towfiqu Barbhuiya tramite Unsplash, licenza gratuita
Frequenza cardiacaun indicatore essenziale della salute e del benessere generale, viene tradizionalmente misurato contando il numero di pulsazioni cardiache entro un periodo di tempo specifico.
I metodi esistenti, tuttavia, richiedono il contatto fisico con il paziente, che può portare a disagio e problemi legati alla pelle.
Ora, i ricercatori giapponesi introducono un innovativo approccio senza contatto che analizza i sottili cambiamenti di colore sul viso per consentire una stima estremamente accurata della frequenza cardiaca, anche in scene con fluttuazioni della luce ambientale.
Nuovo metodo per estrarre la struttura spazio-temporale dell’impulso del volume sanguigno per una stima accurata della frequenza cardiaca: i ricercatori del TUS propongono un metodo che prevede la costruzione di una matrice di crominanza utilizzando segnali di serie temporali da patch facciali in un video facciale RGB, seguito da una struttura spazio-temporale analisi del polso del volume sanguigno (BVP) utilizzando DMD basato sulla fisica in un sistema di coordinate di ritardo temporale. Inoltre, la stima della frequenza cardiaca nel dominio del tempo viene eseguita utilizzando l’analisi del periodo di picco battito-battito del segnale BVP estratto. Credito immagine: Dr. Yoshihiro Maeda e Kosuke Kurihara della Tokyo University of Science, Giappone
La stima della frequenza cardiaca (FC) è una componente essenziale del monitoraggio della salute e fornisce informazioni utili sullo stato fisiologico ed emotivo degli esseri umani.
Nell’ultimo decennio circa, i ricercatori hanno esplorato nuovi approcci per la stima delle risorse umane senza contatto, principalmente per superare il disagio o la dermatite associati ai metodi convenzionali che richiedono il contatto fisico.
La stima delle risorse umane senza contatto tramite telecamere è un esempio di uno di questi metodi. Il metodo si concentra sull’impulso del volume sanguigno (BVP), che provoca lievi cambiamenti temporali nel colore della pelle del viso catturati nei video. Esaminando queste variazioni di colore, diventa possibile stimare la frequenza cardiaca.
Tuttavia, a causa della piccola entità di questi cambiamenti di colore, l’accuratezza della stima della frequenza cardiaca è influenzata negativamente dai movimenti facciali, dalle variazioni di illuminazione ambientale e dal rumore.
Per affrontare queste sfide, un team di ricercatori giapponesi ha ora sviluppato un nuovo metodo che sfrutta le caratteristiche temporali del polso sanguigno. È importante sottolineare che si basa sulla capacità dell’impulso di esibire un comportamento quasi periodico, che lo distingue dagli artefatti del rumore.
Lo studio è stato condotto dal Dr. Yoshihiro Maeda, Professore Associato Junior, del Dipartimento di Ingegneria Elettrica dell’Università delle Scienze di Tokyo ed è pubblicato nel volume 11 di Accesso IEEE rivista il 9 giugno 2023.
Anche il professor Takayuki Hamamoto e Kosuke Kurihara dell’Università della scienza di Tokyo e il professore associato Daisuke Sugimura del Dipartimento di informatica dell’Università di Tsuda hanno preso parte a questo studio.
Il metodo proposto utilizza la decomposizione in modalità dinamica (DMD), una tecnica che analizza le strutture spazio-temporali in segnali di serie temporali multidimensionali. Impiega anche la selezione adattiva della struttura spazio-temporale ottimale basata sulla conoscenza medica delle frequenze HR.
“Il nostro metodo, a differenza delle precedenti applicazioni di DMD, modella ed estrae efficacemente il segnale BVP incorporando DMD basato sulla fisica in un sistema di coordinate di ritardo temporale, tenendo conto della non linearità e della quasi periodicità delle dinamiche BVP”, spiega Kosuke Kurihara, Ph.D. alunno.
Il metodo proposto si basa esclusivamente sul tracciamento dei dati delle serie temporali dai video del volto di una persona, eliminando la necessità di eventuali rilevatori collegati al corpo della persona.
In questo metodo, le serie temporali video del viso, che monitorano i continui cambiamenti, vengono convertite in segnali di serie temporali RGB, che aiutano a estrarre informazioni sui cambiamenti del volume sanguigno che si verificano sotto la pelle.
Dopo aver gestito efficacemente il rumore o la disinformazione che potrebbero insinuarsi nei dati, i segnali RGB osservati vengono quindi convertiti in dati di informazioni sulle onde di impulso.
Utilizzando il metodo DMD in un sistema di coordinate ritardato con modellazione dinamica conservativa, le onde del polso contenenti informazioni importanti e accurate possono essere estratte per stimare la frequenza cardiaca.
Per dimostrare l’efficacia di questo metodo, i ricercatori hanno utilizzato 67 video facciali da tre set di dati pubblicamente disponibili, vale a dire il set di dati TokyoTech Remote PPG, il set di dati MR-NIRP e il set di dati UBFC-RPPG.
I risultati di questo metodo sono stati poi confrontati con altri metodi di stima delle risorse umane senza contatto, tra cui DistancePPG, SparsePPG, SAMC, Hierarchical e MTTS-CAN.
È interessante notare che il metodo proposto seleziona in modo adattivo la modalità dinamica che contiene la maggior parte dei componenti dell’onda del polso, in base alla conoscenza della gamma tipica dei componenti dell’onda del polso.
Di conseguenza, il metodo ha mostrato un miglioramento del 36,5% nell’accuratezza della stima rispetto ai metodi convenzionali, specialmente nelle scene con fluttuazioni della luce ambientale.
“Si prevede che questo risultato svolga un ruolo significativo come tecnologia fondamentale per i sistemi di monitoraggio vitale nei campi della medicina e del fitness. L’innovativo metodo senza contatto ha un grande potenziale per la stima della frequenza cardiaca senza contatto in varie applicazioni, come il monitoraggio della salute a distanza e le valutazioni fisiologiche”, conclude il dottor Maeda.
I risultati della ricerca offrono nuove possibilità per migliorare le tecnologie sanitarie e migliorare il comfort e il benessere generale del paziente.
Andando avanti, saranno necessarie ulteriori ricerche per esplorare tecniche che incorporano informazioni multispettrali, che possono contribuire a ridurre il rumore e migliorare l’accuratezza del metodo.
Auguriamo buona fortuna al dottor Maeda e al suo team per i loro continui sforzi per affrontare i problemi rimanenti con questo nuovo metodo.
Da un’altra testata giornalistica. news de www.technology.org
