Os pesquisadores desenvolveram um novo software que possibilita o uso de baixo custo, câmeras térmicas acopladas a telefones celulares para monitorar a velocidade de respiração de uma pessoa. Este tipo de imagem térmica móvel pode ser usado para monitorar problemas respiratórios em idosos que vivem sozinhos, pessoas com suspeita de apnéia do sono ou bebês em risco de síndrome de morte súbita infantil (SMSL).

No jornal The Optical Society (OSA) Biomedical Optics Express , os pesquisadores relatam que seu novo software combinado com uma câmera térmica de baixo custo teve um bom desempenho ao analisar a taxa de respiração durante os testes que simulam movimentos do mundo real e mudanças de temperatura.

"À medida que as câmeras térmicas continuam a ficar menores e mais baratas, esperamos que os telefones, computadores e dispositivos de realidade aumentada um dia incorporarão câmeras térmicas que podem ser usadas para várias aplicações, "disse Nadia Bianchi-Berthouze da University College London, (Reino Unido) e líder da equipe de pesquisa. "Usando câmeras térmicas de baixo custo, nosso trabalho é o primeiro passo para trazer a imagem térmica para a vida cotidiana das pessoas. Essa abordagem pode ser usada em lugares onde outros sensores podem não funcionar ou podem causar preocupação. "

Além de detectar problemas respiratórios, a nova abordagem pode um dia permitir que a câmera do seu computador detecte irregularidades sutis na respiração associadas à dor ou estresse e, em seguida, envie avisos que o ajudam a relaxar e regular a respiração. Embora câmeras de vídeo tradicionais possam ser usadas para rastrear a respiração, eles não funcionam bem em situações de pouca luz e podem causar problemas de privacidade quando usados ​​para monitoramento em lares de idosos, por exemplo.

"As câmeras térmicas podem detectar a respiração à noite e durante o dia sem exigir que a pessoa use qualquer tipo de sensor, "disse Youngjun Cho, primeiro autor do artigo. "Comparada a uma câmera de vídeo tradicional, uma câmera térmica é mais privada porque é mais difícil identificar a pessoa. "

Câmeras térmicas pessoais

Câmeras térmicas, que usam comprimentos de onda infravermelhos para revelar a temperatura de um objeto ou cena, têm sido usados ​​em uma variedade de aplicativos de monitoramento há algum tempo. Recentemente, seu preço e tamanho caíram o suficiente para torná-los práticos para uso pessoal, com pequenas câmeras térmicas que se conectam a telefones celulares, agora disponíveis por cerca de US $ 200.

"Grande, caros sistemas de imagem térmica têm sido usados ​​para medir a respiração, monitorando as mudanças de temperatura dentro das narinas em configurações controladas, "disse Cho." Queríamos usar os novos sistemas portáteis para fazer a mesma coisa, criando um método de rastreamento respiratório baseado em smartphones que pudesse ser usado em quase qualquer ambiente ou atividade. Contudo, descobrimos que, em situações do mundo real, esse tipo de imagem térmica móvel foi afetado por mudanças na temperatura do ar e no movimento do corpo. "

Para resolver esses problemas, os pesquisadores desenvolveram algoritmos que podem ser usados ​​com qualquer câmera térmica para compensar as mudanças de temperatura ambiente e rastrear com precisão as narinas enquanto a pessoa está se movendo. Além disso, os novos algoritmos melhoram a maneira como os sinais respiratórios são processados. Em vez de calcular a média das leituras de temperatura de pixels 2D ao redor das narinas, como foi feito no passado, Cho desenvolveu uma maneira de tratar a área como uma superfície 3D para criar uma medição mais refinada da temperatura nas narinas.

Teste em situações do mundo real

Além de testes de laboratório interno, os pesquisadores usaram a abordagem de imagem térmica móvel para medir a respiração de voluntários em um cenário que envolvia exercícios respiratórios com mudanças na temperatura ambiente e em um teste totalmente irrestrito onde os voluntários andavam dentro e fora de um edifício. Durante os testes de caminhada, a câmera térmica foi colocada entre 20 e 30 centímetros do rosto de uma pessoa usando um equipamento que prendia a câmera a um chapéu. Um cabo conectou a câmera a um telefone celular transportado por voluntários do estudo. Também é possível segurar um smartphone com uma câmera de imagem a cerca de 50 centímetros do rosto para medir a respiração.

"Para todos os três tipos de estudos, os algoritmos mostraram um desempenho significativamente melhor no rastreamento da área da narina do que outros métodos de última geração, "disse Cho." Em termos de estimativa da taxa de respiração, os testes fora do laboratório mostraram os melhores resultados quando comparados com os algoritmos mais recentes. Embora os resultados tenham sido comparáveis ​​aos do sensor de cinto respiratório tradicional, para situações móveis, nossa abordagem parece ser mais estável porque a correia tende a se soltar. "

Como a nova abordagem é mais estável do que os sensores respiratórios da cinta torácica padrão, o método poderia ser usado para otimizar o desempenho de um atleta, fornecendo um feedback mais confiável e preciso sobre os padrões de respiração durante o exercício.

Os pesquisadores levaram seu trabalho um passo adiante ao inferir a carga mental ou estresse de uma pessoa por meio da análise automática da respiração. Eles usaram seu software de imagem térmica para rastrear a respiração de pessoas que estavam livres para se movimentar enquanto realizavam vários tipos de tarefas, e os resultados se alinham bem com as descobertas de estudos que usaram equipamentos muito mais sofisticados, indicar a abordagem baseada em câmera térmica portátil pode ser uma ferramenta útil para aplicativos que ajudam as pessoas a relaxar.

"Ao usar imagens térmicas móveis para monitorar apenas a respiração, obtivemos resultados muito comparáveis ​​aos que outros estudos encontraram, "disse Bianchi-Berthouze." No entanto, esses estudos usaram complexo, técnicas de última geração que envolveram vários sensores monitorando não apenas a respiração, mas também a frequência cardíaca. "

A versão atual do software não estima a taxa de respiração em tempo real, mas os pesquisadores estão trabalhando para incorporar esse recurso e testar seus algoritmos em mais situações da vida real.