Medición de la frecuencia cardiaca sin contacto

Durante millones de años de evolución natural, las células del cuerpo humano buscaron, encontraron y optimizaron los diferentes recursos para organizarse y preservarse como un sujeto multicelular “único”. Así, el ser humano, una vez compuesto de millones de células, logró agruparse en sociedades, y asimismo tener más oportunidades para preservarse. A la par, evolucionó su cerebro y con ello “la inteligencia”.

Por otro lado, otros seres vivos evolucionaron y, también para salvaguardarse, desarrollaron mecanismo como la mimetización natural, que podemos observar del camaleón, la Gecko de Madagascar, etcétera [1]. Estos eventos naturales llamaron la atención de los “inteligentes” humanos, quienes, a lo largo de la historia, han querido y aún quieren imitar a la naturaleza [2,3].

En ciencias de la salud, el corazón es fundamental para sostener la vida, éste bombea la sangre a través de los vasos sanguíneos para distribuirla por todos los tejidos del cuerpo. Los primeros estudios sobre el corazón y los vasos sanguíneos fueron realizados por los egipcios, quienes descubrieron la relación entre el corazón y las pulsaciones de los vasos, así como su importancia en el sistema cardiovascular [4]. Los más hábiles para realizar el tacto del pulso fueron los chinos e indios [5]. Así, por mucho tiempo, el médico percibía los latidos del corazón colocando dos dedos de la mano sobre el vaso sanguíneo, por ejemplo, en la muñeca (arteria radial o cubital), en el cuello (carótidas) o por detrás de la rodilla (arteria poplítea), contando el número de palpitaciones durante un minuto. De esta forma se definió la frecuencia cardiaca (FC), es decir, como el número de latidos durante un minuto.

Actualmente, la FC se cuantifica, generalmente, con el estetoscopio, o con instrumentos como el electrocardiógrafo, el ultrasonido vascular o con el oxímetro de pulso. Estos instrumentos, incluido el estetoscopio, ampliamente validados e incluidos en una gran cantidad de guías clínicas, tiene un problema, invaden el espacio íntimo [6] al tener contacto físico con el paciente.

La investigación básica y aplicada busca satisfacer tanto al sector salud como la tendencia tecnológica. Así, por ejemplo, se han desarrollado algunos métodos no invasivos para cuantificar la frecuencia cardiaca como los que usan la voz [7], o mediante imágenes térmicas [8], o la vibro-cardiografía óptica [9], o mediante imágenes RGB [10].

Desde el INAOE, contribuimos al tema de obtener la FC mediante imágenes RGB. En esta técnica, una cámara digital registra la luz reflejada por la piel humana, considerando que, en la interacción de la luz y la piel humana, la luz se transmite, se absorbe y se refleja. Entonces, la piel humana se modela considerando el shading (reflexiones por la interacción de la luz y la superficie de la piel), la epidermis (donde se ubican los cromóforos de melanina) y la dermis (donde se ubican los cromóforos de hemoglobina, ésta provee información sobre el flujo sanguíneo). Mediante el procesamiento de imágenes, las registradas por la cámara son separadas en sus componentes RGB, donde la G corresponde a la dermis, es decir, la que contiene información de los cromóforos de hemoglobina. En las imágenes, se selecciona una región de interés (la cara, los brazos, etc.), se obtienen los valores promedio de intensidad y se grafica su comportamiento en el tiempo, mostrando que es equivalente al del fotopletismograma (variación del flujo sanguíneo), del cual se extrae la FC. Al comparar la medición de la FC por esta técnica con las convencionales se encuentra una excelente correlación [10]. Adicionalmente, con esta técnica se puede obtener la FC, simultáneamente en diferentes partes del cuerpo humano. Actualmente, mediante técnicas óptico-digitales se busca medir otras características clínicas del paciente, como la presión arterial, velocidad del flujo sanguíneo, o la presencia de algunas enfermedades.

Por si fuera poco, esta técnica es no invasiva.

REFERENCIAS

1. Aqua Fundation. Ejemplos de mimetismo animal: camuflaje de impacto, (2024, 19 de diciembre), https://www.fundacionaquae.org/wiki/animales-que-se-camuflan/
2. Renero-C, F-J, (2016, 1 de marzo). Diseño y optimización: la óptica de los ojos de los animales. Saberes y Ciencias. https://saberesyciencias.com.mx/2016/01/03/diseno-y-optimizacion-la-optica-de-los-ojos-de-los-animales/
3. Renero C., F-J; Santamaría J., (2015, 1 de julio), Historia de la cámara oscura y el ojo de orificio. Saberes y Ciencias. https://saberesyciencias.com.mx/2015/01/07/historia-de-la-camara-oscura-y-el-ojo-de-orificio/
4. Ceconi, C., Guardigli, G., Rizzo, P., Francolini, G., & Ferrari, R. (2011). The heart rate story. European Heart Journal Supplements, 13, C4-C13.
5. Bedford, E. (1951). The ancient art of feeling the pulse. British heart journal, 13(4), 423.
6. Psicología Ambiental, elementos básicos. Espacio íntimo. (2024, 16 de diciembre). http://www.ub.edu/psicologia_ambiental/unidad-3-tema-6-2
7. Mesleh, A., Skopin, D., Baglikov, S., & Quteishat, A. (2012). Hear rate extraction from vowel speech signals. Journal of Computer Science and technology, 27, 1243 – 1251.
8. Chekmenev, S., Farag, A., Miller, W., & Essock, E. (2009). Multiresolution Approach for Noncontact Measurements of Arterial Pulse Using Thermal Imaging. En R. I. Hammoud, Augmented Vision Perception in Infrared (págs. 87-112). Springer.
9. Morbiducci, U., Scalise, L., De Melis, M., & Grigioni, M. (2007). Optical Vibrocardiography: A Novel Tool for the Optical Monitoring of Cardiac Activity. Annals of biomedical engineering, 35, 45-58.
10. Takahashi, T. Yamaguchi, A. Ito, F. Renero-C, A. Amemiya, N. Tsumura, and N. Iijima, «Pulse wave measurement system by rPPG from multiple human sites by including the sole,» Opt. Continuum 2, 2540-2551 (2023).