La monitorización constante de los signos vitales de salud es necesaria en una variedad de entornos clínicos, como unidades de cuidados intensivos, para pacientes con condiciones de salud críticas, monitorización de la salud en centros de atención para personas mayores y prisiones, o en situaciones de monitorización de seguridad donde la somnolencia puede causar accidentes.
Esto ahora se logra principalmente a través de sistemas de contacto cableados o invasivos. Sin embargo, estos son inconvenientes o, para pacientes con quemaduras o bebés con área de piel insuficiente, no son adecuados.
Los científicos del Nano Institute de la Universidad de Sydney y la Red de detección inteligente de NSW ahora han desarrollado un sistema de radar fotónico que permite un monitoreo no invasivo de alta precisión.
La investigación se publica hoy en Fotónica de la naturaleza.
Usando su sistema de radar recientemente desarrollado y patentado, los investigadores monitorearon sapos de caña y pudieron detectar con precisión pausas en los patrones de respiración de forma remota. El sistema también se utilizó en dispositivos que simulan la respiración humana.
Los científicos dicen que esto demuestra una prueba de principio para usar un radar fotónico que podría permitir el monitoreo de signos vitales de múltiples pacientes desde una sola estación centralizada.
El vicerrector (investigación) de la Universidad de Sydney y líder de esta investigación, el profesor Ben Eggleton, dijo: «Nuestro principio rector aquí es superar los problemas de comodidad y privacidad, al tiempo que brindamos un monitoreo de signos vitales de alta precisión».
Una ventaja de este enfoque es la capacidad de detectar signos vitales a distancia, eliminando la necesidad de contacto físico con los pacientes. Esto no solo mejora la comodidad del paciente, sino que reduce el riesgo de contaminación cruzada, lo que lo hace valioso en entornos donde el control de infecciones es crucial.
«El radar fotónico utiliza un sistema fotónico basado en la luz, en lugar de la electrónica tradicional, para generar, recolectar y procesar las señales del radar. Este enfoque permite la generación de señales de radiofrecuencia (RF) de banda muy ancha, ofreciendo alta precisión y simultaneidad, seguimiento múltiple de sujetos», dijo el autor principal Ziqian Zhang, estudiante de doctorado en la Facultad de Física.
«Nuestro sistema combinó este enfoque con LiDAR: detección de luz y rango. Este enfoque híbrido entregó un sistema de detección de signos vitales con una resolución de hasta seis milímetros con una precisión de nivel micrométrico. Esto es adecuado para entornos clínicos».
Los enfoques alternativos para el monitoreo sin contacto generalmente se han basado en sensores ópticos, utilizando cámaras de longitud de onda visible e infrarroja.
«Los sistemas basados en cámaras tienen dos problemas. Uno es la alta sensibilidad a las variaciones en las condiciones de iluminación y el color de la piel. El otro es la privacidad del paciente, con imágenes de alta resolución de los pacientes que se graban y almacenan en la infraestructura de computación en la nube», dijo el profesor Eggleton, quien también es codirector de NSW Smart Sensing Network.
La tecnología de detección de radiofrecuencia (RF) puede controlar de forma remota los signos vitales sin necesidad de grabación visual, lo que brinda protección de privacidad integrada. El análisis de señales, incluida la identificación de firmas de salud, se puede realizar sin necesidad de almacenamiento de información en la nube.
El coautor, el Dr. Yang Liu, exestudiante de doctorado en el equipo del profesor Eggleton, ahora con sede en EPFL en Suiza, dijo: «Una verdadera innovación en nuestro enfoque es la complementariedad: nuestro sistema demostrado tiene la capacidad de habilitar simultáneamente la detección de radar y LiDAR. Esto tiene redundancia incorporada; si cualquiera de los sistemas encuentra una falla, el otro continúa funcionando».
Los sistemas de radar de RF convencionales, que dependen completamente de la electrónica, tienen un ancho de banda de RF estrecho y, por lo tanto, tienen una resolución de rango más bajo. Esto significa que no pueden separar objetivos ubicados de cerca o distinguirlos en un entorno desordenado.
Confiar únicamente en LiDAR, que utiliza longitudes de onda de luz mucho más cortas, proporciona un alcance y una resolución mejorados, pero tiene capacidades de penetración limitadas a través de objetos como la ropa.
«Nuestro sistema propuesto maximiza la utilidad de ambos enfoques mediante la integración de las tecnologías fotónica y de radiofrecuencia», dijo Zhang.
Trabajando con colaboradores y socios en NSW Smart Sensing Network, los investigadores esperan que esta investigación proporcione una plataforma para desarrollar un sistema de monitoreo de signos vitales rentable, de alta resolución y respuesta rápida con aplicación en hospitales y servicios correctivos.
«El próximo paso es miniaturizar el sistema e integrarlo en chips fotónicos que podrían usarse en dispositivos portátiles», dijo Zhang.
