Fotopletismografía facial por vídeo para medir la frecuencia cardíaca media e instantánea

La monitorización de la frecuencia cardíaca con inteligencia artificial se vuelve aún más precisa

La frecuencia cardíaca es una de las métricas de salud más básicas y se utiliza para la evaluación cardiovascular, la monitorización del estrés y la detección de enfermedades. Los métodos tradicionales, como el electrocardiograma y los oxímetros de pulso, requieren un contacto directo con la piel y dispositivos médicos específicos. Sin embargo, la fotopletismografía por vídeo (vPPG) ofrece una nueva forma: monitorizar la frecuencia cardíaca sin contacto y con una cámara, utilizando únicamente un smartphone o un portátil.

Un nuevo estudio ha validado el vPPG de Shen, demostrando una precisión comparable a la de las mediciones de dispositivos médicos y demostrando que es una herramienta confiable y accesible para medir la frecuencia cardíaca en tiempo real.

Perspectivas clave

• Los programas vPPG de Shen precisión comparable a la del ECG. Las mediciones de frecuencia cardíaca basadas en vídeo tienen un error promedio de tan solo 0,1 latidos por minuto, con un coeficiente de correlación superior a 0,99, lo que coincide con las lecturas del ECG.
• Es funciona para mediciones más cortas también. La tecnología mantuvo una alta precisión durante una frecuencia cardíaca media de 60 segundos, así como períodos de 10 o 4 segundos con un error de menos de 1 latido por minuto en el 94,5% al 100% de los casos.
• Ofertas de monitoreo del estado de la IA accesibilidad más amplia. Al eliminar la necesidad de hardware especializado, Shen AI hace posible un seguimiento de la salud preciso y en tiempo real para todo el mundo, con solo un smartphone o un portátil.

Introducción a la investigación

El siguiente es un extracto del artículo «Fotopletismografía facial en vídeo para medir la frecuencia cardíaca promedio e instantánea: un estudio piloto de validación».

La frecuencia cardíaca (FC), o frecuencia del pulso, es uno de los signos vitales que se utilizan en los exámenes médicos para la evaluación básica del estado del sistema cardiovascular. La frecuencia cardíaca en reposo puede ayudar a detectar diversas enfermedades y predecir la mortalidad cardiovascular y por cualquier causa. En concreto, un estudio realizado por el Biobank del Reino Unido en el que participaron más de 500 000 personas seguidas durante un máximo de 12 años mostró que un aumento de 10 latidos por minuto en la frecuencia cardíaca en reposo se asociaba con un aumento del 22 y el 19 por ciento del riesgo de mortalidad por cualquier causa en hombres y mujeres, respectivamente. Un metaanálisis en el que participaron más de 1,2 millones de personas seguidas durante un período de hasta 40 años mostró que una mayor frecuencia cardíaca en reposo se asociaba con un aumento de la mortalidad cardiovascular y por todas las causas, independientemente de los factores de riesgo cardiovascular tradicionales. Además, también se ha demostrado que el aumento de la frecuencia cardíaca en reposo con el paso del tiempo se asocia con una mayor mortalidad por todas las causas, ya que el riesgo de muerte aumenta un 33% por cada aumento de 10 latidos por minuto en seis años. Por lo tanto, la evaluación regular de la frecuencia cardíaca es una parte importante de la prevención. La frecuencia cardíaca también refleja la respuesta del cuerpo al estrés, las emociones, el ejercicio u otros estímulos y, por lo tanto, se puede utilizar para el autocontrol tanto en el contexto de la salud como del bienestar. También se puede usar para monitorear el proceso de rehabilitación cardíaca, así como para monitorear la fatiga y el proceso de recuperación en los atletas a fin de evitar el sobreentrenamiento y optimizar la efectividad del entrenamiento. Además, puede usarse para monitorear el estado fisiológico de los conductores o para monitorear las interacciones entre humanos y computadoras.

La fotopletismografía (PPG), es decir, una técnica óptica para detectar las pulsaciones sanguíneas en la vasculatura de la piel, se usa comúnmente para medir o monitorear continuamente la FC y otros signos vitales mediante sondas o clips especiales que generalmente se colocan en un dedo o en el lóbulo de la oreja. Los sensores PPG también se integran cada vez más en una variedad de dispositivos portátiles, como relojes inteligentes o pulseras. Las dos limitaciones principales de las mediciones clásicas basadas en PPG son: 1) la necesidad de un dispositivo especial, como un oxímetro de pulso o un dispositivo portátil equipado con tecnología PPG, lo que naturalmente limita la disponibilidad de dichas mediciones, y 2) la necesidad de contacto con la piel, que no suele ser tan importante en el caso de las automediciones con el propio dispositivo, pero puede ser más importante en los centros de salud o en el caso de las mediciones realizadas por otra persona o por otra persona, especialmente en caso de epidemia.

La respuesta a las limitaciones anteriores puede ser la PPG basada en vídeo (vPPG), es decir, una técnica de PPG remota, también conocida como fotopletismografía remota o por imágenes, que utiliza imágenes de vídeo digital de la piel para detectar pequeños cambios en el color de la piel causados por pulsaciones sanguíneas en los vasos sanguíneos superficiales y los cambios resultantes en la absorción sanguínea de la luz que incide en la piel (principalmente por la hemoglobina). Estas mediciones de vPPG podrían realizarse utilizando fuentes de luz especiales (por ejemplo, LED con longitudes de onda específicas) y un software informático para analizar imágenes de vídeo de cámaras digitales profesionales.

Sin embargo, estas mediciones también se pueden realizar utilizando luz ambiental blanca (natural o artificial) como fuente de luz que ilumina la piel, una cámara apta para el consumidor integrada en un teléfono inteligente como sensor de imagen y la potencia de procesamiento del teléfono inteligente para analizar imágenes de vídeo mediante una aplicación móvil, lo que hace que esta tecnología sea accesible para la mayoría de los usuarios de teléfonos inteligentes sin necesidad de ningún otro dispositivo y sin necesidad de contacto con la piel. La posibilidad de utilizar vPPG para la monitorización sin contacto de la frecuencia cardíaca y otros signos vitales ha atraído mucha atención en los últimos años, incluida la posibilidad de medir a distancia los signos vitales en las aplicaciones de telemedicina, para la clasificación de los pacientes
con fines o para monitorear a los conductores.

En este estudio, investigamos la tecnología vPPG desarrollada por MX Labs (Tallin, Estonia) llamada Shen.AI Vitals. Esta tecnología utiliza algoritmos de detección y seguimiento de rostros para obtener señales de vPPG de varias regiones de la piel del rostro durante una grabación de vídeo de 1 minuto y, a continuación, emplea varios algoritmos de procesamiento de señales para analizar y combinar la información de estas señales (en los canales rojo, verde y azul) para estimar la frecuencia cardíaca y otros parámetros fisiológicos. En particular, se proporcionan dos tipos de valores de FC: después de la medición, se proporciona la FC promediada durante todo el minuto, mientras que durante la medición (cada 1 segundo), se proporcionan los valores promedio de períodos más cortos, es decir, la FC promedio de los 10 segundos anteriores (predeterminado) o los 4 segundos anteriores (opcional).

El objetivo de nuestro estudio fue evaluar la exactitud y precisión de las mediciones de la frecuencia cardíaca realizadas con la tecnología vPPG probada y la cámara de un teléfono inteligente comparándolas con los valores de referencia obtenidos de un electrocardiograma (ECG) registrado simultáneamente.