No âmbito dos cuidados de saúde domiciliários e do bem-estar, a monitorização de indicadores biológicos tem sido tradicionalmente realizada com dispositivos médicos ou wearables pessoais, como medidores de pulsação ou cintas torácicas, que exigem interação ativa do utilizador. Essas tecnologias fornecem valores precisos, porém nem sempre são práticas e podem causar desconforto ou pouca adesão, particularmente entre a população idosa. Surge assim um forte interesse em sistemas de monitorização invisível integrados em objetos do quotidiano, que permitam a avaliação contínua de sinais vitais sem interferir nas rotinas diárias. Considerando o tempo significativo que as pessoas passam sentadas, os membros inferiores – mais concretamente a parte posterior da coxa – revelam-se um local estratégico para esta monitorização passiva, possibilitando, por exemplo, incorporar sensores em cadeiras ou sofás. Apesar do potencial dessa abordagem, poucos estudos até agora exploraram a medição de sinais vitais a partir das pernas; a maioria das soluções concentra-se em locais como os pulsos, o peito ou os dedos das mãos.

Início / Publicações / Publicação

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Monitorização não intrusiva de sinais vitais
Imagem reproduzida do artigo.

Tipo de publicação: Resumo do Artigo
Título original: Non-Intrusive Monitoring of Vital Signs in the Lower Limbs Using Optical Sensors
Data da publicação do artigo: Janeiro de 2025
Fonte: MDPI – Sensors
Autor(es): Joana Simões, Regina Oliveira, Florinda M. Costa, António Teixeira, Cátia Leitão, Pedro Correia & Ana Luísa M. Silva

Qual é o objetivo, público-alvo e áreas da saúde digital em que se enquadra?
     O estudo teve como objetivo demonstrar uma nova abordagem de monitorização não intrusiva e contínua dos sinais vitais – especialmente frequência cardíaca (HR) e frequência respiratória (RR) – a partir dos membros inferiores, nomeadamente a região posterior das pernas, através de sensores óticos. Ao integrar essas medições num ambiente do dia a dia (por exemplo, em cadeiras ou outros objetos de uso diário), a solução permite recolher parâmetros de saúde digital de forma natural e sem impor alterações de rotina ao utilizador. O público-alvo abrange qualquer pessoa que possa beneficiar de monitorização contínua e não invasiva – em especial indivíduos idosos ou com necessidades de vigilância regular –, enquadrando-se esta investigação no domínio da monitorização remota e dos sistemas wearables e ambientes inteligentes em saúde digital.

Qual é o contexto?
     No âmbito dos cuidados de saúde domiciliários e do bem-estar, a monitorização de indicadores biológicos tem sido tradicionalmente realizada com dispositivos médicos ou wearables pessoais, como medidores de pulsação ou cintas torácicas, que exigem interação ativa do utilizador. Essas tecnologias fornecem valores precisos, porém nem sempre são práticas e podem causar desconforto ou pouca adesão, particularmente entre a população idosa. Surge assim um forte interesse em sistemas de monitorização invisível integrados em objetos do quotidiano, que permitam a avaliação contínua de sinais vitais sem interferir nas rotinas diárias. Considerando o tempo significativo que as pessoas passam sentadas, os membros inferiores – mais concretamente a parte posterior da coxa – revelam-se um local estratégico para esta monitorização passiva, possibilitando, por exemplo, incorporar sensores em cadeiras ou sofás. Apesar do potencial dessa abordagem, poucos estudos até agora exploraram a medição de sinais vitais a partir das pernas; a maioria das soluções concentra-se em locais como os pulsos, o peito ou os dedos das mãos.

Quais são as abordagens atuais?
     Os métodos disponíveis atualmente para medir sinais vitais de forma contínua geralmente envolvem sensores de contacto, que requerem que o utilizador vista ou aplique um dispositivo no corpo. Por exemplo, sistemas baseados em fotopletismografia (PPG) utilizados em smartwatches, pulseiras ou oxímetros de dedo podem monitorizar a frequência cardíaca e a respiração, mas dependem da adesão do utilizador e precisam de ser ativamente colocados e usados. Em contrapartida, estão em desenvolvimento tecnologias de monitorização passiva integradas no ambiente – como assentos inteligentes que detetam batimentos cardíacos através de vibrações ou sistemas invisíveis com sensores óticos embutidos em móveis. Poucas experiências prévias procuraram recolher sinais vitais dos membros inferiores, utilizando, por exemplo, sensores PPG integrados em cadeiras de sanita ou nos dedos dos pés; no entanto, esses experimentos iniciais apresentaram limitações metodológicas e menor precisão.

Em que consiste a inovação? Como é que é avaliado o impacto desta tecnologia? Ou Como é que a tecnologia apoia esta inovação?
     A inovação deste estudo reside no desenvolvimento de um sistema de monitorização composto por dois pequenos sensores óticos de fotopletismografia integrados de forma discreta na região posterior da coxa. Esta colocação tira proveito da boa irrigação sanguínea nessa zona e da frequente postura sentada dos utilizadores, possibilitando a medição de sinais vitais como o ritmo cardíaco e respiratório de forma não invasiva. O funcionamento baseia-se no princípio da fotopletismografia (PPG): os sensores emitem luz infravermelha na pele e detetam a quantidade de luz refletida pelos vasos sanguíneos, obtendo assim a variação do volume sanguíneo a cada batimento cardíaco. Ao analisar essas “oscilações luminosas” com algoritmos dedicados, o sistema calcula em tempo real a frequência cardíaca (a partir dos picos do pulso) e a frequência respiratória (pela modulação do sinal PPG de acordo com o ciclo respiratório), tudo sem necessidade de qualquer ação do utilizador além de se sentar. Para avaliar o desempenho e impacto da tecnologia, os investigadores realizaram testes com 17 voluntários saudáveis (5 homens e 12 mulheres, entre 22 e 40 anos), comparando as leituras do novo sistema com as de dispositivos de referência: uma faixa torácica de medição do padrão respiratório e um sensor comercial de dedo (oxímetro) para batimentos cardíacos. Cada participante permaneceu sentado durante cerca de 10 minutos num assento equipado com os sensores óticos posicionados sob as pernas, recolhendo-se em simultâneo os dados do novo sistema e dos monitores convencionais. Esta abordagem experimental permitiu avaliar de forma rigorosa a confiabilidade e a exatidão da solução proposta em condições práticas.

Quais são os principais resultados? Qual é o impacto destes resultados? Ou Quais são os resultados obtidos? Quais são as principais conclusões destes resultados? Qual é o futuro desta abordagem?
     Os testes demonstraram que o sistema desenvolvido foi capaz de obter sinais PPG de qualidade a partir dos membros inferiores e de calcular as frequências cardíaca e respiratória com alto grau de fiabilidade. Comparadas aos sensores convencionais, as medições do dispositivo apresentaram uma forte concordância, com correlação de r = 0,92 para a frequência cardíaca e r = 0,77 para a frequência respiratória, e erros médios mínimos (aproximadamente 1,2 batimentos por minuto e 0,9 respirações por minuto de diferença em relação às leituras de referência). Isso corresponde a uma precisão elevada — cerca de 95,9% nas medições de HR e 91,3% nas de RR — comprovando a viabilidade e exatidão desta forma de monitorização não intrusiva. Durante a experiência, não foram identificados riscos ou efeitos adversos associados ao uso do protótipo, e as leituras acompanharam de perto a variação dos monitores tradicionais, o que confirma a robustez do sistema.

     Como conclusão, a investigação demonstrou que é possível monitorizar sinais vitais através das pernas de forma fiável, abrindo caminho para novas aplicações de monitorização passiva em contexto doméstico. Destaca-se que a avaliação da frequência respiratória mostrou-se mais desafiante (por não ser um parâmetro fisiológico medido diretamente, mas inferido do sinal PPG), o que exige processos de análise mais complexos para atingir maior precisão. Alguns registos tiveram de ser excluídos devido a ruído no sinal causado por movimentos ou fatores individuais, evidenciando a necessidade de otimização futura. Deste modo, as perspetivas futuras incluem melhorar os algoritmos e o design do sensor para atenuar artefactos de movimento e refinar a deteção da frequência respiratória. Além disso, serão necessários estudos complementares com populações mais diversificadas e em cenários reais de utilização prolongada, de forma a consolidar a adoção desta tecnologia no dia a dia.

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Data da publicação do artigo: Janeiro de 2025
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Qual é o objetivo, público-alvo e áreas da saúde digital em que se enquadra?
     O estudo teve como objetivo demonstrar uma nova abordagem de monitorização não intrusiva e contínua dos sinais vitais – especialmente frequência cardíaca (HR) e frequência respiratória (RR) – a partir dos membros inferiores, nomeadamente a região posterior das pernas, através de sensores óticos. Ao integrar essas medições num ambiente do dia a dia (por exemplo, em cadeiras ou outros objetos de uso diário), a solução permite recolher parâmetros de saúde digital de forma natural e sem impor alterações de rotina ao utilizador. O público-alvo abrange qualquer pessoa que possa beneficiar de monitorização contínua e não invasiva – em especial indivíduos idosos ou com necessidades de vigilância regular –, enquadrando-se esta investigação no domínio da monitorização remota e dos sistemas wearables e ambientes inteligentes em saúde digital.

Qual é o contexto?
     No âmbito dos cuidados de saúde domiciliários e do bem-estar, a monitorização de indicadores biológicos tem sido tradicionalmente realizada com dispositivos médicos ou wearables pessoais, como medidores de pulsação ou cintas torácicas, que exigem interação ativa do utilizador. Essas tecnologias fornecem valores precisos, porém nem sempre são práticas e podem causar desconforto ou pouca adesão, particularmente entre a população idosa. Surge assim um forte interesse em sistemas de monitorização invisível integrados em objetos do quotidiano, que permitam a avaliação contínua de sinais vitais sem interferir nas rotinas diárias. Considerando o tempo significativo que as pessoas passam sentadas, os membros inferiores – mais concretamente a parte posterior da coxa – revelam-se um local estratégico para esta monitorização passiva, possibilitando, por exemplo, incorporar sensores em cadeiras ou sofás. Apesar do potencial dessa abordagem, poucos estudos até agora exploraram a medição de sinais vitais a partir das pernas; a maioria das soluções concentra-se em locais como os pulsos, o peito ou os dedos das mãos.

Quais são as abordagens atuais?
     Os métodos disponíveis atualmente para medir sinais vitais de forma contínua geralmente envolvem sensores de contacto, que requerem que o utilizador vista ou aplique um dispositivo no corpo. Por exemplo, sistemas baseados em fotopletismografia (PPG) utilizados em smartwatches, pulseiras ou oxímetros de dedo podem monitorizar a frequência cardíaca e a respiração, mas dependem da adesão do utilizador e precisam de ser ativamente colocados e usados. Em contrapartida, estão em desenvolvimento tecnologias de monitorização passiva integradas no ambiente – como assentos inteligentes que detetam batimentos cardíacos através de vibrações ou sistemas invisíveis com sensores óticos embutidos em móveis. Poucas experiências prévias procuraram recolher sinais vitais dos membros inferiores, utilizando, por exemplo, sensores PPG integrados em cadeiras de sanita ou nos dedos dos pés; no entanto, esses experimentos iniciais apresentaram limitações metodológicas e menor precisão.

Em que consiste a inovação? Como é que é avaliado o impacto desta tecnologia? Ou Como é que a tecnologia apoia esta inovação?
     A inovação deste estudo reside no desenvolvimento de um sistema de monitorização composto por dois pequenos sensores óticos de fotopletismografia integrados de forma discreta na região posterior da coxa. Esta colocação tira proveito da boa irrigação sanguínea nessa zona e da frequente postura sentada dos utilizadores, possibilitando a medição de sinais vitais como o ritmo cardíaco e respiratório de forma não invasiva. O funcionamento baseia-se no princípio da fotopletismografia (PPG): os sensores emitem luz infravermelha na pele e detetam a quantidade de luz refletida pelos vasos sanguíneos, obtendo assim a variação do volume sanguíneo a cada batimento cardíaco. Ao analisar essas “oscilações luminosas” com algoritmos dedicados, o sistema calcula em tempo real a frequência cardíaca (a partir dos picos do pulso) e a frequência respiratória (pela modulação do sinal PPG de acordo com o ciclo respiratório), tudo sem necessidade de qualquer ação do utilizador além de se sentar. Para avaliar o desempenho e impacto da tecnologia, os investigadores realizaram testes com 17 voluntários saudáveis (5 homens e 12 mulheres, entre 22 e 40 anos), comparando as leituras do novo sistema com as de dispositivos de referência: uma faixa torácica de medição do padrão respiratório e um sensor comercial de dedo (oxímetro) para batimentos cardíacos. Cada participante permaneceu sentado durante cerca de 10 minutos num assento equipado com os sensores óticos posicionados sob as pernas, recolhendo-se em simultâneo os dados do novo sistema e dos monitores convencionais. Esta abordagem experimental permitiu avaliar de forma rigorosa a confiabilidade e a exatidão da solução proposta em condições práticas.

Quais são os principais resultados? Qual é o impacto destes resultados? Ou Quais são os resultados obtidos? Quais são as principais conclusões destes resultados? Qual é o futuro desta abordagem?
     Os testes demonstraram que o sistema desenvolvido foi capaz de obter sinais PPG de qualidade a partir dos membros inferiores e de calcular as frequências cardíaca e respiratória com alto grau de fiabilidade. Comparadas aos sensores convencionais, as medições do dispositivo apresentaram uma forte concordância, com correlação de r = 0,92 para a frequência cardíaca e r = 0,77 para a frequência respiratória, e erros médios mínimos (aproximadamente 1,2 batimentos por minuto e 0,9 respirações por minuto de diferença em relação às leituras de referência). Isso corresponde a uma precisão elevada — cerca de 95,9% nas medições de HR e 91,3% nas de RR — comprovando a viabilidade e exatidão desta forma de monitorização não intrusiva. Durante a experiência, não foram identificados riscos ou efeitos adversos associados ao uso do protótipo, e as leituras acompanharam de perto a variação dos monitores tradicionais, o que confirma a robustez do sistema.

     Como conclusão, a investigação demonstrou que é possível monitorizar sinais vitais através das pernas de forma fiável, abrindo caminho para novas aplicações de monitorização passiva em contexto doméstico. Destaca-se que a avaliação da frequência respiratória mostrou-se mais desafiante (por não ser um parâmetro fisiológico medido diretamente, mas inferido do sinal PPG), o que exige processos de análise mais complexos para atingir maior precisão. Alguns registos tiveram de ser excluídos devido a ruído no sinal causado por movimentos ou fatores individuais, evidenciando a necessidade de otimização futura. Deste modo, as perspetivas futuras incluem melhorar os algoritmos e o design do sensor para atenuar artefactos de movimento e refinar a deteção da frequência respiratória. Além disso, serão necessários estudos complementares com populações mais diversificadas e em cenários reais de utilização prolongada, de forma a consolidar a adoção desta tecnologia no dia a dia.

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