Em um artigo apresentado no MobiCom 2023, intitulado “APG: Audiopletismografia para Monitoramento Cardíaco em Pessoas Audíveis”, uma inovação de destaque foi revelada. Essa tecnologia permite que dispositivos auditivos ANC acompanhem os sinais fisiológicos dos usuários, como a frequência cardíaca e a variabilidade da frequência cardíaca, sem a necessidade de sensores adicionais que comprometam a vida útil da bateria. Além disso, o APG demonstrou alta resiliência a artefatos de movimento, está em conformidade com as regulamentações de segurança e é adequado para todos os tons de pele.
Detecção de saúde no canal auditivo
Muitos desconhecem que o canal auditivo é rico em termos de suprimento sanguíneo, proveniente da artéria auricular profunda, também conhecida como artéria do ouvido profundo. Essa artéria estabelece uma intricada rede de vasos menores que se estende amplamente pelo canal auditivo. Pequenas variações na geometria dos vasos sanguíneos, influenciadas pelos batimentos cardíacos e pela pressão arterial, podem resultar em mudanças no volume e na pressão do canal auditivo, tornando-o um local ideal para a detecção de saúde.
Até recentemente, a pesquisa vinha explorando o uso de dispositivos auditivos para a detecção de saúde, recorrendo a uma variedade de sensores, como fotopletismogramas (PPG) e eletrocardiogramas (ECG), em conjunto com microcontroladores. Isso possibilitou o desenvolvimento de aplicativos de monitoramento de saúde, abrangendo desde o acompanhamento do sono até a medição da frequência cardíaca e da pressão arterial. No entanto, esse modelo de sensorização inevitavelmente acrescenta custos, peso, consumo de energia e complexidade de design acústico aos aparelhos auditivos, tornando a sua adoção generalizada um desafio.
Os dispositivos auditivos ANC existentes frequentemente fazem uso de microfones de feedback e feedforward para a operação da função ANC. Esses microfones oferecem oportunidades para diversas aplicações de detecção, podendo captar diversos sinais biológicos dentro e fora do canal auditivo. A pesquisa acadêmica nesse campo gerou inúmeras aplicações móveis, incluindo o monitoramento da frequência cardíaca, o diagnóstico de doenças auditivas, o acompanhamento da respiração e o reconhecimento da atividade corporal. No entanto, os microfones presentes nos fones de ouvido ANC de consumo são equipados com filtros passa-alta integrados para evitar a saturação causada pelos movimentos do corpo ou por ruídos intensos do vento. Isso torna desafiador incorporar recursos de saúde que dependem da captação passiva de sinais de baixa frequência (≤ 50 Hz) em dispositivos ANC comerciais.
O APG na prática
Em experimentos iniciais, os pesquisadores do Google notaram que o APG era surpreendentemente robusto, mesmo em situações de vedação inadequada nos fones de ouvido e durante a reprodução de música. No entanto, observaram que o sinal APG, por vezes, poderia se tornar ruidoso e ser fortemente perturbado pelo movimento do corpo. Para superar esse desafio, o APG precisava de melhorias.
Enquanto os sensores PPG são amplamente utilizados e altamente avançados, apresentam algumas limitações. Os sensores PPG normalmente utilizam vários diodos para enviar e receber diferentes frequências de luz para detecção. No entanto, devido à natureza de alta frequência da luz (centenas de Terahertz), é desafiador para um único diodo enviar múltiplas cores com frequências diferentes. Em contrapartida, é possível projetar um sistema de baixo custo e baixo consumo de energia que gere e receba mais de dez tons de áudio (frequências). Isso aproveita o fenômeno físico da diversidade de canais, que descreve como sinais em diferentes frequências têm características diferentes ao se propagar em um meio. Esse fenômeno permite ao APG oferecer um sinal de maior qualidade e resiliência ao movimento.
Em experimentos práticos, foram transmitidos três sinais de sondagem simultaneamente, com frequências variando de 30 KHz a 32 KHz. Mesmo quando um participante balançava a cabeça durante o experimento para introduzir interferência, o APG demonstrou a capacidade de transmitir diferentes frequências simultaneamente, reunindo informações de maneira coerente. Isso oferece uma vantagem única do APG, pois a fase de uma frequência pode capturar movimentos da cabeça, enquanto outra pode registrar a onda de pulso, mostrando como algumas frequências de ultrassom são sensíveis a atividades cardíacas e outras ao movimento. Isso permite a seleção da melhor frequência para medir a frequência cardíaca, proporcionando uma forma de onda de pulso de alta qualidade.
Resultados promissores e futuro da tecnologia da saúde
Para validar sua eficácia, foram realizados dois estudos de experiência do usuário com 153 participantes, demonstrando que o APG é capaz de medir com precisão a frequência cardíaca e a variabilidade da frequência cardíaca em diversas situações de atividade. Além disso, ao contrário do PPG, que é sensível a variações de tons de pele e condições de vedação, o APG mostrou resiliência a essas variáveis.
O APG representa uma revolução na indústria de dispositivos auditivos e na monitorização da saúde. Com a capacidade de transformar qualquer fone de ouvido TWS ANC em dispositivos de monitorização de saúde inteligentes através de uma simples atualização de software, esse avanço é promissor.
