Radar sem contato

Scientific Reports volume 12, Número do artigo: 5150 (2022) Cite este artigo

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Os sistemas de monitoramento de sinais vitais são essenciais no cuidado de recém-nascidos hospitalizados. Devido à imaturidade de seus órgãos e sistema imunológico, os prematuros necessitam de monitoramento contínuo de seus parâmetros vitais e sensores precisam ser fixados diretamente em sua pele frágil. Além das restrições de mobilidade e estresse, esses sensores geralmente causam irritação na pele e podem levar à necrose por pressão. Neste trabalho, mostramos que uma abordagem baseada em radar sem contato é viável para o monitoramento da respiração na unidade de terapia intensiva neonatal (UTIN). Pela primeira vez, diferentes cenários comuns à rotina diária da UTIN são investigados e os desafios do monitoramento em uma configuração clínica real são abordados por meio de diferentes contribuições na estrutura de processamento de sinais. Em vez de apenas descartar medições sob forte interferência, apresentamos uma nova técnica de mitigação de movimento corporal aleatório baseada na decomposição de frequência de tempo do sinal recuperado. Além disso, propomos um estimador de frequência simples e preciso que explora a estrutura harmônica do sinal respiratório. Como resultado, a solução baseada em radar proposta é capaz de fornecer uma estimativa confiável da frequência respiratória, que está próxima dos valores de referência do dispositivo cabeado na maioria das vezes. Nossas descobertas esclarecem os pontos fortes e as limitações dessa tecnologia e estabelecem as bases para estudos futuros em direção a uma solução totalmente sem contato para monitoramento de sinais vitais.

Quase 15 milhões de bebês nascem anualmente antes da 37ª semana de gravidez, o que significa que cerca de 10% de todos os nascimentos no mundo são prematuros1. Devido aos seus sistemas de órgãos imaturos e funções associadas, bem como ao seu sistema imunológico, esses bebês correm maior risco de infecções, doenças crônicas e problemas respiratórios. A imaturidade da regulação da respiração e dos pulmões muitas vezes leva a apnéia-bradicardia e síndromes de dificuldade respiratória. Isso é comumente seguido por displasia broncopulmonar em 27% das crianças nascidas com menos de 30 semanas de gestação2,3,4,5. Consequentemente, o desenvolvimento adicional desses bebês prematuros deve continuar ex-utero, e eles geralmente precisam passar várias semanas em uma Unidade de Terapia Intensiva Neonatal (UTIN).

Nesse período, é necessário o monitoramento contínuo de seus órgãos subdesenvolvidos. Muitas vezes, os recém-nascidos são dependentes de nutrição parenteral, suporte respiratório e intervenções diagnósticas invasivas que, embora sejam essenciais para a sobrevivência, podem causar estresse à criança. Parâmetros vitais básicos, como respiração, frequência cardíaca e saturação de oxigênio, também precisam ser monitorados. Para isso, diversos sensores são fixados diretamente em sua pele frágil e conectados aos sistemas de monitoramento por meio de cabos. Além das restrições de mobilidade, esses sensores frequentemente causam irritação na pele e podem, eventualmente, levar à necrose por pressão6,7,8,9,10,11.

A fim de promover o desenvolvimento de bebês prematuros, vários esforços têm sido feitos para monitoramento não invasivo e soluções de diagnóstico. O uso de sensores que monitoram diversos sinais vitais sem conexão por cabo, mas colados à pele, está sendo investigado em12,13. Estudos atuais também estão investigando o potencial de diferentes técnicas sem contato para diagnósticos não invasivos em crianças. Esforços estão em andamento para detectar alterações patológicas nas excreções corporais por meio da análise de compostos orgânicos voláteis14,15. Existem abordagens que usam métodos ópticos para monitorar a frequência de pulso e a saturação de oxigênio sem contato direto com a pele e conexão por cabo, com base, por exemplo, em espalhamento dinâmico de luz16, vídeo17 ou fotopletismografia18,19. De grande relevância para prematuros é também o diagnóstico de patologias respiratórias e a classificação quanto a respirações periódicas e apneias20,21. Essa tarefa é realizada por meio de diferentes técnicas sem contato, que requerem medições redundantes de vários sinais vitais, por exemplo, movimento respiratório, frequência cardíaca, saturação de oxigênio ou respiração nasal22,23,24.