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O monitoramento constante dos sinais vitais de saúde é necessário em uma variedade de ambientes clínicos, como unidades de terapia intensiva, para pacientes com condições críticas de saúde, monitoramento de saúde em lares de idosos e prisões ou em situações de monitoramento de segurança em que a sonolência pode causar acidentes.
Isso agora é alcançado principalmente por meio de sistemas de contato com fio ou invasivos. No entanto, estes são inconvenientes ou, para pacientes com queimaduras ou para crianças com área de pele insuficiente, são inadequados.
Cientistas do Nano Institute da Universidade de Sydney e da NSW Smart Sensing Network desenvolveram um sistema de radar fotônico que permite monitoramento altamente preciso e não invasivo.
A pesquisa foi publicada hoje na Fotônica da Natureza.
Usando seu sistema de radar recém-desenvolvido e patenteado, os pesquisadores monitoraram os sapos-cururus e conseguiram detectar com precisão as pausas nos padrões respiratórios remotamente. O sistema também foi utilizado em aparelhos que simulam a respiração humana.
Os cientistas dizem que isso demonstra uma prova de princípio para o uso de radar fotônico que pode permitir o monitoramento de sinais vitais de vários pacientes a partir de uma única estação centralizada.
O Pro-Vice-Chancellor da Universidade de Sydney (Pesquisa) e líder desta pesquisa, Professor Ben Eggleton, disse: “Nosso princípio orientador aqui é superar problemas de conforto e privacidade, ao mesmo tempo em que fornece monitoramento de sinais vitais altamente preciso”.
Uma vantagem dessa abordagem é a capacidade de detectar sinais vitais à distância, eliminando a necessidade de contato físico com os pacientes. Isso não apenas aumenta o conforto do paciente, mas também reduz o risco de contaminação cruzada, tornando-o valioso em ambientes onde o controle de infecções é crucial.
“O radar fotônico usa um sistema fotônico baseado em luz – em vez da eletrônica tradicional – para gerar, coletar e processar os sinais de radar. Essa abordagem permite a geração de banda larga de sinais de radiofrequência (RF), oferecendo sinais altamente precisos e simultâneos, rastreamento múltiplo de assuntos”, disse o principal autor Ziqian Zhang, estudante de doutorado na Escola de Física.
“Nosso sistema combinou essa abordagem com LiDAR — detecção e alcance de luz. Essa abordagem híbrida forneceu um sistema de detecção de sinais vitais com uma resolução de até seis milímetros com precisão de nível micrométrico. Isso é adequado para ambientes clínicos.”
Abordagens alternativas para monitoramento sem contato normalmente se baseiam em sensores ópticos, usando câmeras infravermelhas e de comprimento de onda visível.
“Os sistemas baseados em câmeras têm dois problemas. Um é a alta sensibilidade a variações nas condições de iluminação e cor da pele. O outro é a privacidade do paciente, com imagens de alta resolução de pacientes sendo gravadas e armazenadas na infraestrutura de computação em nuvem”, disse o professor Eggleton, que também é codiretor da NSW Smart Sensing Network.
A tecnologia de detecção de radiofrequência (RF) pode monitorar remotamente sinais vitais sem a necessidade de gravação visual, fornecendo proteção de privacidade integrada. A análise de sinal, incluindo a identificação de assinaturas de saúde, pode ser realizada sem a necessidade de armazenamento de informações em nuvem.
O co-autor, Dr. Yang Liu, ex-aluno de doutorado da equipe do professor Eggleton, agora baseado na EPFL, na Suíça, disse: “Uma inovação real em nossa abordagem é a complementaridade: nosso sistema demonstrado tem a capacidade de habilitar simultaneamente a detecção de radar e LiDAR. Isso tem redundância inerente; se um dos sistemas encontrar uma falha, o outro continua a funcionar.”
Os sistemas de radar de RF convencionais, que dependem inteiramente de componentes eletrônicos, têm largura de banda de RF estreita e, portanto, resolução de alcance inferior. Isso significa que eles não podem separar alvos localizados próximos ou distingui-los em um ambiente desordenado.
Confiar apenas no LiDAR, que usa comprimentos de onda de luz muito mais curtos, fornece alcance e resolução aprimorados, mas tem capacidade limitada de penetração através de objetos como roupas.
“Nosso sistema proposto maximiza a utilidade de ambas as abordagens através da integração das tecnologias fotônica e de radiofrequência”, disse Zhang.
Trabalhando com colaboradores e parceiros da NSW Smart Sensing Network, os pesquisadores esperam que esta pesquisa forneça uma plataforma para desenvolver um sistema de monitoramento de sinais vitais econômico, de alta resolução e resposta rápida com aplicação em hospitais e serviços corretivos.
“O próximo passo é miniaturizar o sistema e integrá-lo em chips fotônicos que possam ser usados em dispositivos portáteis”, disse Zhang.
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