En la década de 1940, un médico holandés llamado John Poel inventó un dispositivo que cambió la naturaleza del monitoreo del corazón. Su dispositivo se basa en la idea de que el color de la piel cambia de acuerdo con la cantidad de sangre que contiene. Eso es fácil de ver en la forma en que las personas se vuelven rojos rápidamente cuando se esfuerzan,
Pero resulta que se producen cambios de color más sutiles en reposo a medida que el corazón bombea sangre alrededor del cuerpo. El flujo y el flujo de sangre a través de los vasos capilares cambia la cantidad de luz reflejada de la piel. El dispositivo de Poel transmitió la luz en la piel y monitoreó los cambios en la cantidad reflejada para determinar la frecuencia cardíaca de una persona. Llamó a la técnica Photoplethysmography y desde entonces se ha convertido en un estándar en entornos médicos de todo el mundo, con oxímetros de sangre baratos que se detienen en un dedo ahora ampliamente disponible en el mostrador.
Pero en los últimos años, los médicos han comenzado a desarrollar técnicas remotas para medir la frecuencia cardíaca, lo que analiza las grabaciones de video de la piel de una persona para detectar los pequeños cambios de color a medida que late el corazón. De esta manera, han aprendido a medir la frecuencia cardíaca en una amplia gama de condiciones de iluminación utilizando cámaras relativamente baratas con imágenes tomadas desde la distancia.
Pero una pregunta importante es qué tan lejos puede llegar esta técnica remota para proporcionar monitoreo ubicuo de la frecuencia cardíaca.
Latidos del corazón
Ahora tenemos una respuesta gracias al trabajo de Ming-Zher Poh en Google Research y colegas que han desarrollado un sistema de aprendizaje profundo que monitorea remotamente la frecuencia cardíaca utilizando la cámara frontal de un teléfono inteligente. Su método es una versión actualizada de Poel llamado Photoplethysmography remoto, que mide los cambios en el volumen de sangre analizando variaciones sutiles en el color de la piel facial capturado a través del video.
Su innovación podría democratizar el seguimiento de la salud del corazón al ponerla a disposición de miles de millones en todo el mundo sin requerir hardware adicional o esfuerzo manual. “Hasta donde sabemos, esta es la primera demostración de que los teléfonos inteligentes se pueden usar para monitorear pasivamente tanto recursos humanos como RHR durante el uso normal del teléfono en el mundo real”, dicen Poh y sus colegas.
La frecuencia cardíaca en reposo es un biomarcador clave de la salud cardiovascular y el bienestar general. Una tasa más alta se ha relacionado durante mucho tiempo con mayores riesgos de enfermedad cardíaca y accidente cerebrovascular. Varios estudios han demostrado que las tasas altas persistentes pueden indicar la disminución de la aptitud cardiovascular o el inicio de las condiciones de salud subyacentes.
Tradicionalmente, la medición de la frecuencia cardíaca en reposo ha requerido que las personas permanezcan aún en un ambiente controlado, como acostarse o sentarse en silencio. Si bien los dispositivos portátiles han hecho que el monitoreo continuo de recursos humanos sea más accesible, la adopción sigue siendo limitada, particularmente entre las poblaciones con mayor riesgo de enfermedad cardíaca. Aquí es donde la ubicuidad de los teléfonos inteligentes presenta una oportunidad sin precedentes.
El sistema de monitoreo de frecuencia cardíaca pasiva de POH y CO captura el video facial durante el uso regular de teléfonos inteligentes, como desbloquear la pantalla. El sistema procesa videoclips cortos de 8 segundos para estimar la frecuencia cardíaca en tiempo real. Para mejorar su precisión, el sistema agrega múltiples mediciones recolectadas durante todo el día. El resultado es una medición de frecuencia cardíaca en reposo que es comparable en precisión a dispositivos portátiles dedicados.
Uno de los principales avances de este estudio es su proceso integral de validación. A diferencia de los estudios de fotopletismografía remotos anteriores, que se limitaron a entornos controlados y pequeños conjuntos de datos, los investigadores probaron su sistema en una escala sin precedentes, utilizando 225,773 videos de 495 participantes y validándolo en 185,970 videos de 205 participantes. Las pruebas en condiciones del mundo real involucraron a 101 participantes utilizando sus propios teléfonos inteligentes en una amplia gama de condiciones de iluminación, tonos de piel y escenarios de movimiento.
Un desafío crítico es garantizar su precisión en diferentes tonos de piel. La melanina absorbe más luz, lo que puede reducir la calidad de la señal para las personas de piel más oscura. Estudios anteriores han mostrado disminuciones significativas en precisión para aquellos con tez más oscuras. Para abordar esto, los investigadores exageraron intencionalmente a los participantes con tonos de piel más oscuros y se aseguraron de que su modelo fue capacitado en un conjunto de datos equilibrado. Esto representa un gran paso adelante para garantizar que las tecnologías de salud basadas en teléfonos inteligentes sean inclusivas y efectivas para todos los usuarios.
El equipo comparó el sistema basado en teléfonos inteligentes con mediciones de dispositivos tradicionales como electrocardiógrafías y dispositivos portátiles a medida. Los resultados fueron comparables y las lecturas de frecuencia cardíaca en reposo más alta también se correlacionaron con un índice de masa corporal más alto y una menor aptitud cardiovascular. Eso refuerza el potencial del sistema como una herramienta significativa de monitoreo de salud.
Poh y sus colegas también subrayan las implicaciones de salud más amplias de su sistema, señalando que “esto abre la posibilidad de recopilar automáticamente datos de frecuencia cardíaca en semanas, meses, temporadas y años que pueden proporcionar información de salud valiosa”.
Si bien esta tecnología es muy prometedora, no está exenta de limitaciones. Por ejemplo, las tasas de éxito de la medición fueron más bajas en las condiciones del mundo real en comparación con los entornos de laboratorio controlados, ya que el movimiento del cuerpo y las condiciones de iluminación extrema a veces condujeron a lecturas poco confiables.
Para mejorar el rendimiento, los investigadores sugieren implementar algoritmos de compensación de movimiento, optimizar la configuración de la exposición de la cámara para mejorar la calidad de la señal, particularmente bajo la iluminación incandescente y aumentar el número de intentos de medición cuando la señal es pobre. Las consideraciones de consumo de baterías también serán cruciales para la implementación del mundo real. Las iteraciones futuras pueden centrarse en optimizar la frecuencia de medición para equilibrar la recopilación de datos con eficiencia energética.
Dada la naturaleza confidencial de los datos de salud y la captura de videos faciales, la privacidad sigue siendo una preocupación importante. Los investigadores enfatizan que su sistema fue diseñado con privacidad en mente. El procesamiento de video se realiza en el dispositivo, asegurando que los datos biométricos confidenciales no dejen el teléfono inteligente del usuario. Las mediciones de recursos humanos solo se inician cuando el usuario desbloquea su pantalla, evitando grabaciones no autorizadas.
Futuros saludables
Las implementaciones futuras podrían integrar enclaves seguros para proteger los datos dentro del entorno de ejecución confiable de un teléfono inteligente. Los usuarios también deberían proporcionar un consentimiento explícito antes de habilitar el monitoreo pasivo de recursos humanos, asegurando la transparencia y el control sobre sus datos de salud personales.
Ese es un trabajo interesante con posibles aplicaciones que se extienden más allá del seguimiento de la salud individual. La adopción generalizada podría permitir estudios de salud cardíacos a gran escala y monitoreo a nivel de población, apoyando iniciativas de salud pública y programas de monitoreo remoto. Los datos de la frecuencia cardíaca longitudinal podrían ayudar a identificar signos tempranos de problemas cardiovasculares, lo que permite la intervención proactiva y la detección de enfermedades tempranas.
Desde una perspectiva de estilo de vida y bienestar, el seguimiento pasivo podría ayudar a los usuarios a monitorear los cambios en la aptitud cardiovascular con el tiempo sin la necesidad de wearables, ofreciendo información valiosa sobre el progreso de la aptitud y los patrones de recuperación. “Estos resultados destacan el potencial de los teléfonos inteligentes para permitir el monitoreo pasivo y equitativo de la salud del corazón”, dice el equipo.
El advenimiento del monitoreo de frecuencia cardíaca pasiva basada en teléfonos inteligentes podría iniciar un cambio importante en la forma en que monitoreamos la salud del corazón. ¿Cuánto tiempo antes de que la fotografía remota llegue a un teléfono cerca de usted? John Poel seguramente se sorprendería.
Ref: Monitoreo pasivo de la frecuencia cardíaca durante el uso de teléfonos inteligentes en la vida cotidiana: arxiv.org/abs/2503.03783v2