Radar senza contatto

Rapporti scientifici volume 12, numero articolo: 5150 (2022) Citare questo articolo

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I sistemi di monitoraggio dei segni vitali sono essenziali nella cura dei neonati ospedalizzati. A causa dell'immaturità dei loro organi e del loro sistema immunitario, i neonati prematuri necessitano di un monitoraggio continuo dei loro parametri vitali e i sensori devono essere fissati direttamente sulla loro fragile pelle. Oltre alle limitazioni della mobilità e allo stress, questi sensori spesso causano irritazione della pelle e possono portare alla necrosi da pressione. In questo lavoro, mostriamo che un approccio basato su radar senza contatto è praticabile per il monitoraggio della respirazione nell'unità di terapia intensiva neonatale (NICU). Per la prima volta vengono studiati diversi scenari comuni alla routine quotidiana della terapia intensiva neonatale e le sfide del monitoraggio in un contesto clinico reale vengono affrontate attraverso diversi contributi nel quadro dell'elaborazione del segnale. Piuttosto che scartare semplicemente le misurazioni sotto forte interferenza, presentiamo una nuova tecnica di mitigazione del movimento casuale del corpo basata sulla decomposizione tempo-frequenza del segnale recuperato. Inoltre, proponiamo uno stimatore di frequenza semplice e accurato che esplora la struttura armonica del segnale respiratorio. Di conseguenza, la soluzione proposta basata su radar è in grado di fornire una stima affidabile della frequenza respiratoria, che per la maggior parte del tempo è vicina ai valori di riferimento del dispositivo cablato. I nostri risultati fanno luce sui punti di forza e sui limiti di questa tecnologia e gettano le basi per studi futuri verso una soluzione completamente senza contatto per il monitoraggio dei segni vitali.

Quasi 15 milioni di bambini nascono ogni anno prima della 37a settimana di gravidanza, il che significa che circa il 10% di tutte le nascite in tutto il mondo sono premature1. A causa dei loro organi immaturi e delle funzioni associate, nonché del loro sistema immunitario, questi bambini corrono un rischio maggiore di infezioni, malattie croniche e problemi respiratori. L'immaturità della regolazione respiratoria e dei polmoni porta spesso ad apnea-bradicardia e sindromi da distress respiratorio. Questa è comunemente seguita da displasia broncopolmonare nel 27% dei bambini nati a meno di 30 settimane di gestazione2,3,4,5. Di conseguenza, l'ulteriore sviluppo di questi neonati prematuri deve continuare ex-utero e di solito devono trascorrere diverse settimane in un'unità di terapia intensiva neonatale (NICU).

Durante questo periodo è necessario il monitoraggio continuo dei loro organi sottosviluppati. Spesso i neonati dipendono dalla nutrizione parenterale, dal supporto respiratorio e da interventi diagnostici invasivi che, pur essendo essenziali per la sopravvivenza, possono causare stress al bambino. È necessario monitorare anche i parametri vitali di base come la respirazione, la frequenza cardiaca e la saturazione di ossigeno. A tal fine, diversi sensori sono fissati direttamente sulla loro fragile pelle e collegati ai sistemi di monitoraggio tramite cavi. Oltre alle limitazioni della mobilità, questi sensori spesso causano irritazione cutanea e possono eventualmente portare a necrosi da pressione6,7,8,9,10,11.

Al fine di promuovere lo sviluppo dei bambini prematuri, sono stati compiuti numerosi sforzi verso soluzioni diagnostiche e di monitoraggio non invasive. In12,13 si sta studiando l'uso di sensori in grado di monitorare una varietà di segni vitali senza collegamento via cavo, ma fissati alla pelle. Gli studi attuali stanno anche studiando il potenziale di diverse tecniche senza contatto per la diagnostica non invasiva nei bambini. Sono in corso sforzi per rilevare cambiamenti patologici nelle escrezioni corporee analizzando i composti organici volatili14,15. Esistono approcci che utilizzano metodi ottici per monitorare la frequenza del polso e la saturazione di ossigeno senza contatto diretto con la pelle e connessione via cavo, basati ad esempio sulla diffusione dinamica della luce16, video17 o fotopletismografia18,19. Di grande rilevanza per i neonati prematuri è anche la diagnosi delle patologie respiratorie e la classificazione relativa alla respirazione periodica e alle apnee20,21. Questo compito viene affrontato utilizzando diverse tecniche senza contatto, che richiedono misurazioni ridondanti di vari segni vitali, ad esempio il movimento respiratorio, la frequenza cardiaca, la saturazione di ossigeno o la respirazione nasale22,23,24.