Onderzoekers hebben nieuwe software ontwikkeld die het mogelijk maakt om goedkope, thermische camera's bevestigd aan mobiele telefoons om bij te houden hoe snel een persoon ademt. Dit type mobiele warmtebeeldcamera's zou kunnen worden gebruikt voor het bewaken van ademhalingsproblemen bij alleenstaande ouderen, mensen die verdacht worden van slaapapneu of baby's die risico lopen op wiegendood (SIDS).

In het tijdschrift The Optical Society (OSA) Biomedische Optica Express , de onderzoekers melden dat hun nieuwe software in combinatie met een goedkope thermische camera goed presteerde bij het analyseren van de ademhalingsfrequentie tijdens tests die bewegingen en temperatuurveranderingen in de echte wereld simuleren.

"Omdat thermische camera's steeds kleiner en goedkoper worden, we verwachten dat telefoons, computers en augmented reality-apparaten zullen op een dag thermische camera's bevatten die voor verschillende toepassingen kunnen worden gebruikt, " zei Nadia Bianchi-Berthouze van University College London, (VK) en leider van het onderzoeksteam. "Door goedkope thermische camera's te gebruiken, ons werk is een eerste stap om thermische beeldvorming in het dagelijks leven van mensen te brengen. Deze aanpak kan worden gebruikt op plaatsen waar andere sensoren mogelijk niet werken of zorgen baren."

Naast het opsporen van ademhalingsproblemen, de nieuwe aanpak zou op een dag de camera op uw computer in staat kunnen stellen om subtiele ademhalingsonregelmatigheden die verband houden met pijn of stress te detecteren en vervolgens prompts te sturen die u helpen te ontspannen en de ademhaling te reguleren. Hoewel traditionele videocamera's kunnen worden gebruikt om de ademhaling te volgen, ze werken niet goed in situaties met weinig licht en kunnen privacyproblemen veroorzaken wanneer ze worden gebruikt voor bewaking in verpleeghuizen, bijvoorbeeld.

"Thermische camera's kunnen de ademhaling 's nachts en overdag detecteren zonder dat de persoon een sensor hoeft te dragen, " zei Youngjun Cho, eerste auteur van het artikel. "Vergeleken met een traditionele videocamera, een thermische camera is meer privé omdat het moeilijker is om de persoon te identificeren."

Persoonlijke thermische camera's

Thermische camera's, die infraroodgolflengten gebruiken om de temperatuur van een object of scène te onthullen, worden al geruime tijd in verschillende monitoringtoepassingen gebruikt. Onlangs, hun prijs en grootte zijn voldoende gedaald om ze praktisch te maken voor persoonlijk gebruik, met kleine thermische camera's die verbinding maken met mobiele telefoons, nu beschikbaar voor ongeveer $ 200.

"Groot, dure warmtebeeldsystemen zijn gebruikt om de ademhaling te meten door temperatuurveranderingen in de neusgaten onder gecontroleerde instellingen te volgen, " zei Cho. "We wilden de nieuwe draagbare systemen gebruiken om hetzelfde te doen door een op smartphones gebaseerde methode voor het volgen van de luchtwegen te creëren die in bijna elke omgeving of activiteit kan worden gebruikt. Echter, we ontdekten dat dit type mobiele thermische beeldvorming in praktijksituaties werd beïnvloed door veranderingen in luchttemperatuur en lichaamsbeweging."

Om deze problemen op te lossen, de onderzoekers ontwikkelden algoritmen die met elke thermische camera kunnen worden gebruikt om veranderingen in de omgevingstemperatuur te compenseren en de neusgaten nauwkeurig te volgen terwijl de persoon beweegt. In aanvulling, de nieuwe algoritmen verbeteren de manier waarop ademhalingssignalen worden verwerkt. In plaats van het gemiddelde te nemen van de temperatuurmetingen van 2D-pixels rond de neusgaten, zoals in het verleden is gedaan, Cho ontwikkelde een manier om het gebied te behandelen als een 3D-oppervlak om een ​​meer verfijnde meting van de temperatuur in de neusgaten te creëren.

Testen in echte situaties

Naast laboratoriumtests binnenshuis, de onderzoekers gebruikten de mobiele warmtebeeldbenadering om de ademhaling van vrijwilligers te meten in een scenario met ademhalingsoefeningen met veranderingen in de omgevingstemperatuur en in een volledig ongedwongen test waarbij vrijwilligers binnen en buiten een gebouw rondliepen. Tijdens de looptests de thermische camera werd tussen de 20 en 30 centimeter van het gezicht van een persoon geplaatst met behulp van een tuig dat de camera aan een hoed bevestigde. Een snoer verbond vervolgens de camera met een mobiele telefoon die werd gedragen door onderzoeksvrijwilligers. Ook is het mogelijk om een ​​smartphone met beeldcamera zo'n 50 centimeter van het gezicht te houden om de ademhaling te meten.

"Voor alle drie de soorten studies, de algoritmen vertoonden significant betere prestaties bij het volgen van het neusgatgebied dan andere geavanceerde methoden, " zei Cho. "Wat betreft het schatten van de ademhalingssnelheid, de tests buiten het laboratorium lieten de beste resultaten zien in vergelijking met de nieuwste algoritmen. Hoewel de resultaten vergelijkbaar waren met de traditionele adembandsensor, voor mobiele situaties lijkt onze aanpak stabieler omdat de riem de neiging heeft om los te komen."

Omdat de nieuwe aanpak stabieler is dan standaard ademhalingssensoren met borstgordel, de methode zou mogelijk kunnen worden gebruikt om de prestaties van een atleet te optimaliseren door betrouwbaardere en nauwkeurigere feedback te geven over ademhalingspatronen tijdens inspanning.

De onderzoekers gingen nog een stap verder door de mentale belasting of stress van een persoon af te leiden via automatische ademhalingsanalyse. Ze gebruikten hun warmtebeeldsoftware om de ademhaling te volgen van mensen die zich vrij konden bewegen tijdens het uitvoeren van verschillende soorten taken, en de resultaten kwamen goed overeen met de bevindingen van onderzoeken waarbij veel geavanceerdere apparatuur werd gebruikt, Het aangeven van de op draagbare thermische camera gebaseerde benadering zou een handig hulpmiddel kunnen zijn voor apps die mensen helpen ontspannen.

"Door mobiele warmtebeeldcamera's te gebruiken om alleen de ademhaling te monitoren, we verkregen resultaten die zeer vergelijkbaar waren met wat andere studies hadden gevonden, zei Bianchi-Berthouze. die studies gebruikten complexe, state-of-the-art technieken waarbij meerdere sensoren betrokken waren die niet alleen de ademhaling maar ook de hartslag monitoren."

De huidige versie van de software schat de ademhalingsfrequentie niet in realtime, maar de onderzoekers werken eraan om deze mogelijkheid op te nemen en hun algoritmen te testen in meer levensechte situaties.