Biorradar, uma forma de medir a respiração à distância

Equipamento desenvolvido em Aveiro permite monitorizar sinais vitais, se a pessoa está a respirar e qual o ritmo cardíaco

Carolina Gouveia senta-se à frente das duas antenas. No ecrã do computador, surgem duas ondas: uma mais evidente, que corresponde à respiração, e outra mais pequena, que diz respeito ao ritmo cardíaco. Estamos perante o biorradar, que está a ser desenvolvido na Universidade de Aveiro (UA). Cómodo, rápido e eficaz, permite monitorizar sinais vitais à distância, por ondas de rádio, dispensando a utilização de sensores ou outros aparelhos.

O conceito é relativamente simples, diz a equipa de investigadores. "Existem duas antenas que emitem um sinal de radiofrequência, que é refletido pelo peito. Basicamente, o biorradar mede de forma indireta a distância entre a antena e o peito. Como é muito sen- sível, consegue medir variações de distância muito pequenas, como o ritmo cardíaco, que corresponde a uma vibração do peito muito diminuta", explica o coordenador do projeto, José Vieira, docente no Departamento de Eletrónica e Telecomunicações.

Tratando-se de um sistema não invasivo, torna-se particularmente interessante para algumas áreas, nomeadamente para o contexto hospitalar. "Sobretudo em situações nas quais é difícil realizar medições por contacto direto usando sensores aplicados na pele, nomeadamente em unidades de queimados. Se houver um problema com um queimado, em que o ritmo cardíaco esteja a diminuir, por exemplo, é possível tomar ações de compensação, administrar fármacos", explica. Com os métodos tradicionais é possível fazê-lo, porque haverá sempre uma zona onde colocar o sensor, mas não será tão confortável.

Também a eletrónica para carros pode beneficiar do biorradar. "Permite detetar se a pessoa está em risco de adormecer ao volante ou não. Se entrar numa fase muito relaxada, isso vai-se notar na respiração ou no batimento cardíaco. A partir daí, pode ser emitido um aviso para o condutor fazer uma pausa, tomar um café ou algo do género", prossegue o investigador Daniel Malafaia, outro membro da equipa e o responsável pela ideia.

A psicologia é também uma das áreas que têm mostrado interesse em vir a trabalhar com biorradares. "Poderá ser possível monitorizar o ritmo respiratório e o ritmo cardíaco da pessoa sem ela saber, ou pelo menos sem estar cheia de fios. Num ambiente mais informal, testar a reação fisiológica a determinados eventos ou efeitos", adianta José Vieira.

Atualmente, em contexto académico, os alunos estão em sala de aula, os eventos acontecem e, no final, respondem a um inquérito. "Muitas vezes, as respostas são enviesadas, dizem qualquer coisa, uma informação difícil de processar, porque há muita interferência." Como esta é uma medição menos intrusiva, "os resultados da reação da pessoa são mais fiáveis".

E terá interesse para os doentes comuns? "Podemos ter uma série de equipamentos a avaliar a pulsação ou a respiração das pessoas e podemos ter um radar no teto que deteta a respiração, o batimento cardíaco, se a pessoa está a mover--se muito ou pouco durante o sono. É um radar que tem muitas funções, ao invés de ter uma máquina para cada caso", sublinha Daniel Malafaia.

Ideia surge em doutoramento

A ideia surgiu durante o doutoramento de Daniel Malafaia, que "quis aplicar um algoritmo que tinha desenvolvido previamente de deteção de sinais rádio, mas agora em biossinais, sinais gerados pelo ser humano". Como não tinha equipamentos médicos à mão, decidiu usar "os rádios definidos por software com que trabalhava para tentar extrair algum sinal". Apontou duas antenas para o peito e, em pouco tempo, começou por detetar o movimento da respiração. Seguiu-se o do batimento cardíaco.

Este conceito de "usar a reflexão de ondas rádio para extrair sinais tais como a respiração e o batimento cardíaco tinha já sido descoberto e investigado e tinha o nome de biorradar". Estudou o estado da arte e decidiu "inovar propondo um sistema de biorradar com características cognitivas para melhorar a performance do sistema, o que culminou no artigo publicado no ano passado", ao qual deu o nome de Cognitive Bio-Radar.

A fazer mestrado integrado em Engenharia Eletrónica e de Telecomunicações, Carolina Gouveia focou a tese neste projeto. Ao DN, explicou que desenvolveu "um sistema que permite, em tempo real, ver como é que o sinal se comporta à medida que vamos respirando e também consegue detetar a frequência respiratória. Este simulador vai validar os resultados em tempo real, ver se está tudo a bater certo".

O sistema - que tem um alcance de dois metros - está avaliado em cerca de mil euros, mas os investigadores acreditam que o preço pode ser reduzido. Nesta fase, a equipa tenta ainda aperfeiçoar o projeto. "Estamos na fase de validação de todo o sistema. Construímos antenas mais direcionais, que permitem concentrar a energia no peito do paciente e um sistema que simula o movimento do peito, mas de forma controlada, para verificar que o radar consegue detetar com precisão os movimentos e qual é a precisão e o erro que tem na medição das distâncias. E estamos a trabalhar também nos algoritmos de deteção", refere José Vieira.

Problemas a ultrapassar

A próxima fase do trabalho consiste, segundo o investigador, em "tentar que o movimento normal da pessoa não afete tanto as medições". Mesmo quando uma pessoa está sentada, não está completamente parada, pois existem pequenos movimentos que influenciam as medições. "Estamos a tentar que não afetem, para uma me- dição mais fiável."

Já na área da psicologia, se vier a ser um sistema relativamente barato, há interesse em fazer a monitorização de muitas pessoas em simultâneo dentro da sala de aula. "Há outro problema, que é como é que aqueles sensores todos vão estar a medir em simultâneo e vão interferir uns com os outros." Se essa solução já tivesse sido encontrada, José Vieira acredita que o sistema já estaria a ser usado em contexto académico, nomeadamente no NeuroLab da UA.

Outras utilizações

Ana Tomé, professora na UA e co-orientadora do doutoramento de Daniel Malafaia, fala também "nas situações de resgate, de sismo, por exemplo", nas quais o sistema poderá ser útil para aferir se há pessoas debaixo de escombros. "Mas só se estiverem vivas e a respirar", ressalva José Vieira.

O biorradar também já despertou a atenção de uma empresa de ambulâncias, que gostaria de o instalar por cima da maca onde o doente é colocado, a fim de começar a monitorizar os sinais vitais assim que este entra na ambulância, o que normalmente implica a utilização de gel, sensores e outros aparelhos. Como tem a particularidade de detetar movimento, o sistema também pode ser usado para monitorizar o sono.

Em julho, quando o DN se reuniu com os investigadores, foi submetido um projeto (entretanto aprovado para financiamento) para a aplicação deste tipo de radares a carros. "Para detetar o condutor, a respiração e o ritmo cardíaco das pessoas que estão atrás e se havia ou não algum bebé que estivesse ao lado para desligar o airbag." A ideia passa por aplicar as antenas no tecido do acento do automóvel ou em frente ao condutor. "Pode estar disfarçado no ambiente do carro. Mas há outros problemas para resolver, porque o carro em andamento vibra e isso é captado pelo radar. É projeto de investigação", ressalva José Vieira.

Quando questionados sobre as alternativas que existem no mercado, os investigadores referiram "um sistema da Philips que já foi gratuito - uma aplicação para iPhone - mas que já não está disponível". Esta media "o ritmo cardíaco através das variações da cor da pele". Se comparados com os elétrodos, qualquer sistema que meça de forma indireta apresentará uma qualidade de sinal inferior. "Portanto, para detetar uma má formação do coração, por exemplo, não é adequado", alerta o investigador. Segundo o mesmo, o biorradar serve "mais para monitorizar sinais vitais, se a pessoa está a respirar, se há variações no ritmo respiratório, se o coração está a bater e se há variações". Se funcionar muito bem, poderia ser aplicado em unidades de cuidados intensivos, mas não substitui os meios existentes para diagnóstico de doença.

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