Ny software gør mobiltelefontilbehør til åndedrætsmonitor

Forskere har udviklet ny software, der gør det muligt at bruge billige, termokameraer knyttet til mobiltelefoner for at spore, hvor hurtigt en person trækker vejret. Denne type mobil termisk billeddannelse kan bruges til overvågning af vejrtrækningsproblemer hos ældre mennesker, der bor alene, mennesker mistænkt for at have søvnapnø eller babyer med risiko for pludseligt spædbarnsdødssyndrom (SIDS).

I tidsskriftet The Optical Society (OSA) Biomedicinsk optik Express , forskerne rapporterer, at deres nye software kombineret med et billigt termisk kamera fungerede godt, når de analyserede vejrtrækningshastighed under tests, der simulerede virkelige bevægelser og temperaturændringer.

"Da termokameraer fortsat bliver mindre og billigere, vi forventer, at telefoner, computere og augmented reality -enheder vil en dag inkorporere termiske kameraer, der kan bruges til forskellige applikationer, "sagde Nadia Bianchi-Berthouze fra University College London, (Storbritannien) og leder af forskerholdet. "Ved at bruge billige termiske kameraer, vores arbejde er et første skridt mod at bringe termisk billeddannelse ind i folks hverdag. Denne fremgangsmåde kan bruges på steder, hvor andre sensorer muligvis ikke virker eller ville forårsage bekymring. "

Udover at detektere vejrtrækningsproblemer, den nye tilgang kunne en dag give kameraet på din computer mulighed for at opdage subtile vejrtrækningsfejl forbundet med smerter eller stress og derefter sende beskeder, der hjælper dig med at slappe af og regulere vejrtrækningen. Selvom traditionelle videokameraer kan bruges til at spore vejrtrækning, de fungerer ikke godt i situationer med svagt lys og kan forårsage bekymringer om privatlivets fred, når de bruges til overvågning på plejehjem, for eksempel.

"Termiske kameraer kan registrere vejrtrækning om natten og i løbet af dagen uden at kræve, at personen bærer nogen form for sensor, "sagde Youngjun Cho, første forfatter til papiret. "Sammenlignet med et traditionelt videokamera, et termisk kamera er mere privat, fordi det er sværere at identificere personen. "

Personlige termiske kameraer

Termiske kameraer, som bruger infrarøde bølgelængder til at afsløre temperaturen på et objekt eller en scene, har været brugt i en række forskellige overvågningsapplikationer i nogen tid. For nylig, deres pris og størrelse er faldet nok til at gøre dem praktiske til personlig brug, med små termiske kameraer, der opretter forbindelse til mobiltelefoner, der nu fås til omkring $ 200.

"Stor, dyre termiske billeddannelsessystemer er blevet brugt til at måle vejrtrækning ved at overvåge temperaturændringer inde i næseborene under kontrollerede indstillinger, "sagde Cho." Vi ville bruge de nye bærbare systemer til at gøre det samme ved at oprette en smart-telefon baseret respirationssporingsmetode, der kunne bruges i næsten ethvert miljø eller aktivitet. Imidlertid, vi fandt ud af, at i virkelige situationer blev denne type mobil termisk billeddannelse påvirket af ændringer i lufttemperatur og kropsbevægelse. "

For at løse disse problemer, forskerne udviklede algoritmer, der kan bruges med ethvert termisk kamera til at kompensere for ændringer i omgivelsestemperaturen og nøjagtigt spore næseborene, mens personen bevæger sig. Ud over, de nye algoritmer forbedrer den måde, vejrtrækningssignaler behandles på. I stedet for at beregne temperaturværdierne fra 2D -pixels omkring næseborene, som det er gjort tidligere Cho udviklede en måde at behandle området som en 3D -overflade for at skabe en mere raffineret måling af temperatur i næseborene.

Test i virkelige situationer

Ud over indendørs laboratorietests, forskerne brugte den mobile termiske billeddannelsesmetode til at måle vejrtrækning fra frivillige i et scenario, der involverede vejrtrækningsøvelser med ændringer i omgivelsestemperatur og i en fuldstændig ubegrænset test, hvor frivillige gik rundt i og uden for en bygning. Under gangtestene, termokameraet blev placeret mellem 20 og 30 centimeter fra en persons ansigt ved hjælp af en rig, der fastgjorde kameraet til en hat. En ledning forbandt derefter kameraet med en mobiltelefon båret af frivillige i studiet. Det er også muligt at holde en smartphone med et billedkamera omkring 50 centimeter fra ansigtet for at måle vejrtrækning.

"For alle tre typer undersøgelser, algoritmerne viste signifikant bedre ydeevne ved sporing af næseborområdet end andre state-of-the-art metoder, "sagde Cho." Med hensyn til estimering af vejrtrækningshastigheden, testene uden for laboratoriet viste de bedste resultater sammenlignet med de nyeste algoritmer. Selvom resultaterne var sammenlignelige med den traditionelle åndedrætsbæltesensor, I mobile situationer synes vores tilgang at være mere stabil, fordi bæltet har en tendens til at løsne. "

Fordi den nye tilgang er mere stabil end standard respiratoriske sensorer i brystbæltet, metoden kan potentielt bruges til at optimere en atlet præstationer ved at give mere pålidelig og præcis feedback på vejrtrækningsmønstre under træning.

Forskerne tog deres arbejde et skridt videre ved at udlede en persons mentale belastning eller stress gennem automatisk vejrtrækningsanalyse. De brugte deres termiske billeddannelsessoftware til at spore vejrtrækningen hos mennesker, der frit kunne bevæge sig rundt, mens de udførte forskellige typer opgaver, og resultaterne stemte godt overens med fund fra undersøgelser, der brugte meget mere sofistikeret udstyr, angiver den bærbare termokamera-baserede tilgang kunne være et nyttigt værktøj til apps, der hjælper folk med at slappe af.

"Ved at bruge mobil termisk billeddannelse til kun at overvåge vejrtrækning, vi opnåede resultater meget sammenlignelige med, hvad andre undersøgelser havde fundet, "sagde Bianchi-Berthouze." Dog, disse undersøgelser brugte komplekse, state-of-the-art teknikker, der involverede flere sensorer, der ikke kun overvåger vejrtrækning, men også puls. "

Den nuværende version af softwaren estimerer ikke vejrtrækningshastigheden i realtid, men forskerne arbejder på at inkorporere denne evne og teste deres algoritmer i mere virkelige situationer.