Monitorano in tempo reale battiti, qualità del sonno, livelli di ossigeno e movimento. Sono i dispositivi come orologi (smartwatch), bracciali (smartband), e anelli (smart ring), in grado di fornire quotidianamente dati e statistiche sullo stato di salute personale. Compresi quelli relativi alla frequenza cardiaca a riposo, uno dei parametri fondamentali per valutare la salute del cuore e il rischio cardiovascolare. E tuttavia hanno un limite: il costo. Di conseguenza non tutti sono inclini a comprare e indossare questi dispositivi.
Ora una soluzione più accessibile – perché fa già parte delle nostre vite – potrebbe arrivare da Google. Un team di ricerca della multinazionale tecnologica statunitense ha infatti pubblicato su Nature uno studio in cui a trasformarsi in misuratori passivi del battito cardiaco sono gli smartphones.
Dal video al battito
La tecnologia ideata da Google Research si basa sul principio della fotopletismografia, una tecnica ottica per misurare le variazioni di volume nella circolazione sanguigna. Ad ogni battito del cuore, infatti, il sangue passa nei tessuti attraverso i vasi, alterando leggermente la quantità di luce riflessa dalla pelle. I sensori ottici presenti in alcuni dispositivi indossabili registrano queste alterazioni che vengono poi utilizzate per ricavare parametri cardiovascolari. Funziona in questo modo il pulsiossimetro, la sonda a pinza che, una volta applicata sul dito, misura la saturazione di ossigeno e la frequenza cardiaca.
La differenza principale nel metodo di Google è che per monitorare i battiti non serve indossare nulla. Ogni volta che l’utente sblocca lo schermo del suo smartphone tramite riconoscimento facciale, la fotocamera frontale registra un video del volto per 8 secondi. Successivamente, un modello di deep learning presente nel telefono analizza il video e identifica i sottili cambiamenti di colore che il flusso di sangue genera sulla pelle del viso. Questi cambiamenti non sono percettibili all’occhio umano, ma l’intelligenza artificiale è in grado di riconoscerli e tradurli in frequenza cardiaca.
Si tratta quindi di un monitoraggio cardiaco passivo. Per svilupparlo, l’azienda di Mountain View ha utilizzato quasi 200.000 video di 485 partecipanti diversi per età, genere, e tonalità della pelle, e lo ha validato su altri 162.000 video di 211 volontari, in laboratorio e nella vita reale. Una parte dei video raccolti è servita per addestrare la rete neurale, mentre i video rimanenti, registrati sia dentro che fuori del laboratorio, hanno permesso di validare il modello e valutarne l’accuratezza.
Risultati promettenti
L’esperimento di Google mostra risultati promettenti, distinguendosi per precisione e inclusività. Il tasso di errore nella misurazione del battito cardiaco rimane al di sotto del 10%, valore che rientra negli standard di accuratezza per i dispositivi in commercio. Inoltre, le misure si sono rivelate accurate in gruppi di partecipanti dalla tonalità della pelle differente. Un traguardo importante, sottolineano gli autori dello studio, considerando che molte delle tecnologie attuali basate su computer vision si adattano meglio alla carnagione chiara che a quella scura.
La nuova tecnologia permetterebbe anche di stimare la frequenza cardiaca a riposo. Se gli smartwatch la misurano raccogliendo dati mentre riposiamo o dormiamo, Google propone una via alternativa per arrivare allo stesso risultato: lo smartphone sarebbe in grado di effettuare numerose misurazioni delle pulsazioni nel corso della giornata, e di sommarle per ricavare una stima del battito cardiaco a riposo. Per verificare se il sistema funziona nella vita di tutti i giorni, i ricercatori hanno chiesto a 230 partecipanti di utilizzare il proprio smartphone personale per oltre una settimana, e di indossare contemporaneamente una fascia cardio e un fitness tracker, per confrontare i dati forniti dai diversi dispositivi. Nonostante possibili “interferenze” naturali – movimenti della testa, conversazioni, e condizioni di illuminazione variabili – gli smartphone hanno registrato una performance paragonabile a quella dei dispositivi indossabili.
Gli ostacoli da superare
Basterà avere uno smartphone per controllare se il cuore sta bene? Per ora, quella di Google rimane un’idea e perché diventi realtà è necessario risolvere alcuni problemi. Il primo è quello dell’acquisizione del segnale ottico, che mantiene un tasso di successo più basso per le persone di fototipo scuro. Il secondo è quello della privacy degli utenti. Oltre al consenso informato, è importante che i video siano conservati e analizzati in un ambiente protetto all’interno del telefono, per prevenire l’accesso a informazioni biometriche da parte di programmi non autorizzati. Per questo motivo, Google mira a far sì che l’intero processo di elaborazione del dato venga eseguito interamente nello smartphone mediante protocolli di crittografia avanzati. Per favorire ulteriori ricerche, gli studiosi hanno anche rilasciato il dataset e un modello pre-addestrato.
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