Centenas de milhões de pessoas no mundo são afetadas por distúrbios respiratórios crônicos. Essas condições, como asma e doença pulmonar obstrutiva crônica (DPOC), geralmente resultam em sintomas preocupantes como aperto no peito e dificuldade para respirar. Em casos graves, as condições respiratórias podem até levar à morte. A DPOC deve se tornar a principal causa de mortes no mundo nos próximos dez anos. Essas condições de saúde não estão apenas reduzindo significativamente a qualidade de vida daqueles que sofrem delas, mas também estão sobrecarregando um sistema de saúde já sobrecarregado.
É urgentemente necessária uma ação para lidar com os fardos associados a distúrbios respiratórios crônicos. A detecção precoce e o monitoramento common dessas doenças são uma excelente maneira de melhorar os resultados dos pacientes e reduzir a carga sobre os profissionais de saúde. Infelizmente, isso é mais fácil dizer do que fazer. A maioria dos exames ainda são procedimentos simples de ausculta pulmonar, nos quais os médicos ouvem os pulmões com um estetoscópio enquanto o paciente respira. Essa técnica é altamente subjetiva e, além disso, só pode ser feita com pouca frequência durante as visitas clínicas.
O dispositivo está atualmente conectado a uma unidade de aquisição de dados (📷: B. Sang et al.)
Um dispositivo chamado estetoscópio digital surgiu e pode superar alguns desses problemas. Ele grava o áudio da respiração de um indivíduo e, em seguida, analisa-o computacionalmente para detectar chiados, estalos e outras anormalidades. Mas esses dispositivos são conhecidos por captar sons do ambiente, além do som da respiração, o que intrude na precisão do instrumento. Uma opção melhor pode estar no horizonte, no entanto, graças ao trabalho de um grupo liderado por pesquisadores do Instituto de Tecnologia da Geórgia.
A equipe desenvolveu um adesivo não invasivo vestível que pode monitorar tanto os sons pulmonares quanto a frequência respiratória. Em vez de depender de gravações sonoras, que estão sujeitas a interferências, o dispositivo mede vibrações e outros movimentos do tórax. Esses dados são então analisados por um algoritmo de aprendizado profundo para detectar uma série de anomalias respiratórias. Os insights obtidos desses dados fornecem aos profissionais médicos as informações de que precisam para diagnosticar precocemente distúrbios respiratórios crônicos e avaliar a eficácia dos regimes de tratamento em andamento.
O patch vestível do tamanho de uma moeda é projetado para ser usado no peito. O único sensor no pequeno dispositivo é um acelerômetro MEMS altamente sensível. Um CMOS ASIC também está a bordo para converter a saída capacitiva MEMS em um sinal digital de 24 bits. Uma tira de fita médica é usada para prender a placa de detecção ao peito.
Os dados do patch e de um estetoscópio digital foram comparados (📷: B. Sang et al.)
Para interpretar os dados produzidos pelo patch, uma rede neural convolucional 2D foi projetada usando o TensorFlow. Após ser treinado em cerca de 1.300 pontos de dados rotulados, o modelo foi capaz de classificar anormalidades respiratórias. Os testes revelaram que uma taxa de precisão de classificação de 95 por cento foi alcançada. Também foi demonstrado que este novo dispositivo vestível superou os estetoscópios digitais, que atualmente são a abordagem padrão-ouro para análise de sons respiratórios.
Atualmente, o patch é conectado a equipamentos externos por meio de cabos. Mas, olhando para o futuro, os pesquisadores estão planejando desenvolver uma versão sem fio do dispositivo. Se tiverem sucesso, ele poderá ser usado para monitorar remotamente os pacientes enquanto eles realizam suas atividades diárias normais. Isso contribuiria muito para o objetivo de detectar distúrbios respiratórios crônicos mais cedo e tratar os casos conhecidos de forma mais eficaz.