Monitoreo de Latidos Cardíacos sin Contacto vía Altavoces Inteligentes: Un Sistema Revolucionario

Los altavoces inteligentes han demostrado ser hábiles en el monitoreo de ciertos problemas de salud en casa, incluyendo la detección de paro cardíaco o el monitoreo de la respiración de bebés. Ahora, los altavoces pueden usarse para rastrear el movimiento minúsculo de latidos cardíacos individuales en una persona sentada frente al altavoz.

El sistema monitorea tanto latidos regulares como irregulares sin contacto físico. Envía sonidos inaudibles desde el altavoz hacia la habitación y, basándose en cómo los sonidos se reflejan de vuelta al altavoz, puede identificar y monitorear latidos cardíacos individuales. Debido a que el latido es un movimiento tan pequeño en la superficie del pecho, el sistema usa aprendizaje automático para ayudar al altavoz a localizar señales de latidos tanto regulares como irregulares. Cuando se probó en participantes sanos y pacientes cardíacos hospitalizados, el altavoz inteligente detectó latidos que coincidían estrechamente con los detectados por monitores de latidos estándar.

Si bien muchas personas están familiarizadas con el concepto de frecuencia cardíaca, los médicos están más interesados en la evaluación del ritmo cardíaco. La frecuencia cardíaca es el promedio de latidos a lo largo del tiempo, mientras que un ritmo cardíaco describe el patrón de latidos. Si una persona tiene una frecuencia cardíaca de 60 latidos por minuto, podría tener un ritmo cardíaco regular —un latido cada segundo— o un ritmo cardíaco irregular —latidos dispersos aleatoriamente a lo largo de ese minuto pero que aún promedian 60 latidos por minuto.

Los trastornos del ritmo cardíaco son en realidad más comunes que algunas otras condiciones cardíacas conocidas. Las arritmias cardíacas pueden causar morbididades mayores como accidentes cerebrovasculares, pero pueden ser altamente impredecibles en su ocurrencia y, por lo tanto, difíciles de diagnosticar. La clave para evaluar el ritmo cardíaco radica en identificar los latidos individuales. Para este sistema, la búsqueda de latidos comienza cuando una persona se sienta a 1 o 2 pies frente al altavoz inteligente.

Luego, el sistema reproduce un sonido continuo inaudible que rebota en la persona y luego regresa al altavoz. Basado en cómo ha cambiado el sonido devuelto, el sistema puede aislar movimientos en la persona —incluyendo el subir y bajar de su pecho al respirar.

El movimiento de la respiración de alguien es órdenes de magnitud mayor en la pared torácica que el movimiento de los latidos, lo que plantea un desafío. Además, la señal de respiración no es regular, por lo que es difícil simplemente filtrarla. Dado que los altavoces inteligentes tienen múltiples micrófonos, se diseñó un algoritmo de formación de haz para ayudar a los altavoces a encontrar latidos.

El equipo diseñó un algoritmo de aprendizaje automático auto-supervisado, que aprende sobre la marcha en lugar de un conjunto de entrenamiento. Este algoritmo combina señales de todos los micrófonos del altavoz inteligente para identificar la elusiva señal de latido.

Las señales de latido que detecta el altavoz inteligente no se parecen a las que comúnmente se asocian con monitores de latidos tradicionales. Los investigadores usaron un segundo algoritmo para segmentar la señal en latidos individuales para que el sistema pueda extraer lo que se conoce como intervalo inter-latido, o la cantidad de tiempo entre dos latidos.

Los investigadores probaron un prototipo de altavoz inteligente ejecutando este sistema en dos grupos: 26 participantes sanos y 24 pacientes hospitalizados con diversidad de condiciones cardíacas incluyendo fibrilación auricular e insuficiencia cardíaca. El equipo comparó el intervalo inter-latido del altavoz inteligente con uno de un monitor de latidos estándar. De los casi 12,300 latidos medidos para los participantes sanos, la mediana del intervalo inter-latido del altavoz inteligente estuvo dentro de 28 milisegundos del monitor estándar. El altavoz inteligente funcionó casi igual de bien con pacientes cardíacos: de los más de 5,600 latidos medidos, la mediana del intervalo inter-latido estuvo dentro de 30 milisegundos del estándar.

Actualmente, el sistema está configurado para chequeos puntuales. Si una persona está preocupada por su ritmo cardíaco, puede sentarse frente a un altavoz inteligente para obtener una lectura. Pero el equipo espera que futuras versiones puedan monitorear continuamente los latidos mientras las personas duermen —algo que podría ayudar a los médicos a diagnosticar condiciones como apnea del sueño.