Chandler Bauder* Aly Fathy**
La IA está dando un impulso a los esfuerzos para monitorear la salud a través de radares
Si quisieras tomar el pulso de alguien desde el otro lado de la habitación, por ejemplo, para monitorear de forma remota a un pariente anciano, ¿cómo podrías hacerlo? Podría pensar que es imposible, porque los dispositivos comunes de monitoreo de la salud, como los oxímetros de pulso y los relojes inteligentes, deben estar en contacto con el cuerpo.
Sin embargo, los investigadores están desarrollando tecnologías que pueden monitorear los signos vitales de una persona a distancia. Una de esas tecnologías es el radar.
Somos ingenieros eléctricos que estudiamos los sistemas de radar. Hemos combinado los avances en tecnología de radar e inteligencia artificial para monitorear de manera confiable la respiración y la frecuencia cardíaca sin contacto con el cuerpo.
El monitoreo de la salud sin contacto tiene el potencial de ser más cómodo y fácil de usar que los métodos tradicionales, especialmente para las personas que buscan monitorear sus signos vitales en casa.
Cómo funciona el radar
El radar es comúnmente conocido por medir la velocidad de los automóviles, hacer pronósticos meteorológicos y detectar obstáculos en el mar y en el aire. Funciona enviando ondas electromagnéticas que viajan a la velocidad de la luz, esperando a que reboten en los objetos en su camino y detectándolas cuando regresan al dispositivo.
El radar puede decir qué tan lejos están las cosas, qué tan rápido se mueven e incluso su forma mediante el análisis de las propiedades de las ondas reflejadas.
El radar también se puede utilizar para controlar los signos vitales, como la respiración y la frecuencia cardíaca. Cada respiración o latido del corazón hace que el pecho se mueva ligeramente, un movimiento que es difícil de ver o sentir para las personas. Sin embargo, los radares actuales son lo suficientemente sensibles como para detectar estos pequeños movimientos, incluso desde el otro lado de una habitación.
Ventajas del radar
Existen otras tecnologías que se pueden utilizar para medir la salud de forma remota. Las técnicas basadas en cámaras pueden usar luz infrarroja para monitorear los cambios en la superficie de la piel de la misma manera que los oxímetros de pulso, revelando información sobre la actividad del corazón. Los sistemas de visión artificial también pueden monitorear la respiración y otras actividades, como el sueño, y pueden detectar cuándo alguien se cae.
Sin embargo, las cámaras a menudo fallan en los casos en que el cuerpo está obstruido por mantas o ropa, o cuando la iluminación es inadecuada. También existe la preocupación de que los diferentes tonos de piel reflejen la luz infrarroja de manera diferente, lo que causa lecturas inexactas para las personas con piel más oscura. Además, depender de cámaras de alta resolución para el control de la salud a largo plazo plantea serias preocupaciones sobre la privacidad del paciente.
El radar, por otro lado, resuelve muchos de estos problemas. Las longitudes de onda de las ondas transmitidas son mucho más largas que las de la luz visible o infrarroja, lo que permite que las ondas atraviesen mantas, ropa e incluso paredes. Las mediciones no se ven afectadas por la iluminación o el tono de la piel, lo que las hace más fiables en diferentes condiciones.
Las imágenes de radar también tienen una resolución extremadamente baja (piense en los viejos gráficos de Game Boy en comparación con un televisor 4K moderno), por lo que no capturan suficientes detalles para usarlos para identificar a alguien, pero aún pueden monitorear actividades importantes. Si bien proyecta energía, la cantidad no representa un peligro para la salud. Los radares de monitoreo de salud funcionan a frecuencias y niveles de potencia similares a los del teléfono en su bolsillo.
Radar + IA
El radar es poderoso, pero tiene un gran desafío: capta todo lo que se mueve. Dado que puede detectar pequeños movimientos en el pecho de los latidos del corazón, también capta movimientos más grandes de la cabeza, las extremidades u otras personas cercanas. Esto dificulta que las técnicas de procesamiento tradicionales extraigan los signos vitales con claridad.
Para abordar este problema, creamos una especie de “cerebro” para hacer que el radar fuera más inteligente. Este cerebro, al que llamamos mm-MuRe, es una red neuronal, un tipo de inteligencia artificial, que aprende directamente de las señales de radar en bruto y estima los movimientos del pecho. Este enfoque se denomina aprendizaje de extremo a extremo. Esto significa que, a diferencia de otras técnicas de radar más IA, la red descubre por sí sola cómo ignorar el ruido y concentrarse solo en las señales importantes.
En nuestro estudio, utilizamos la IA para transformar las señales de radar sin procesar en formas de onda de signos vitales de una o dos personas.
Descubrimos que esta mejora de la IA no solo brinda resultados más precisos, sino que también funciona más rápido que los métodos tradicionales. Maneja a varias personas a la vez, por ejemplo, una pareja de ancianos, y se adapta a nuevas situaciones, incluso a aquellas que no vio durante el entrenamiento, como cuando las personas están sentadas a diferentes alturas, viajando en un automóvil o de pie juntas.
Implicaciones para el cuidado de la salud
La monitorización remota fiable de la salud mediante radar e IA podría ser una gran ayuda para la atención sanitaria. Sin necesidad de tocar la piel del paciente, los riesgos de erupciones, contaminación y molestias podrían reducirse en gran medida. Es especialmente útil en la atención a largo plazo, donde la reducción de cables y dispositivos puede facilitar significativamente la vida de los pacientes y los cuidadores.
Imagínese un hogar de ancianos donde el radar vigila silenciosamente a los residentes, alertando a los cuidadores de inmediato si alguien tiene problemas para respirar, se cae o necesita ayuda. Se puede implementar como un sistema doméstico que controla tu respiración mientras duermes, sin necesidad de dispositivos portátiles. Los médicos podrían incluso usar el radar para monitorear de forma remota a los pacientes que se recuperan de una cirugía o enfermedad.
Esta tecnología se está moviendo rápidamente hacia el uso en el mundo real. En el futuro, comprobar tu salud podría ser tan sencillo como entrar en una habitación, con ondas invisibles y una IA inteligente que trabaja en silencio para tomar tus signos vitales.
*Ingeniero Electrónico, Laboratorio de Investigación Naval de los EE. UU.
**Profesor de Ingeniería Eléctrica, Universidad de Tennessee
