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Rapporti scientifici volume 13, numero articolo: 11787 (2023) Citare questo articolo

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La sismocardiografia (SCG) è la misurazione non invasiva delle vibrazioni locali della parete toracica prodotte dall'attività meccanica del cuore e si è dimostrata promettente nel fornire informazioni cliniche per alcune malattie cardiovascolari tra cui l'insufficienza cardiaca e l'ischemia. Convenzionalmente, i segnali SCG vengono registrati posizionando un accelerometro sul petto. In questo articolo, proponiamo un nuovo metodo di misurazione SCG senza contatto per estrarli dai video del torace registrati da uno smartphone. La nostra pipeline è costituita da metodi di visione artificiale, incluso il modello di tracciamento Lucas-Kanade per tracciare un bersaglio artificiale attaccato al torace e quindi stimare i segnali SCG dagli spostamenti tracciati. Abbiamo valutato la nostra pipeline su 14 soggetti sani confrontando le stime SCG\(^\mathrm{{v}}\) basate sulla vista con le stime SCG\(^\mathrm{{g}}\) standard misurate simultaneamente utilizzando accelerometri attaccato al petto. La somiglianza tra SCG\(^\mathrm{{g}}\) e SCG\(^\mathrm{{v}}\) è stata misurata nei domini del tempo e della frequenza utilizzando il coefficiente di correlazione di Pearson, un indice di somiglianza basato sulla dinamica time warping (DTW) e coerenza wavelet. L'indice di somiglianza medio basato su DTW tra i segnali era 0,94 e 0,95 rispettivamente nelle direzioni da destra a sinistra e dalla testa ai piedi. Inoltre, i segnali SCG\(^\mathrm{{v}}\) sono stati utilizzati per stimare la frequenza cardiaca e questi risultati sono stati confrontati con la frequenza cardiaca gold standard ottenuta dai segnali ECG. I risultati hanno indicato un buon accordo tra i valori stimati della frequenza cardiaca e le misurazioni gold standard (bias = 0,649 battiti/min). In conclusione, questo lavoro si mostra promettente nello sviluppo di un metodo a basso costo e ampiamente disponibile per il monitoraggio remoto dell’attività cardiovascolare utilizzando i video degli smartphone.

Negli Stati Uniti, le malattie cardiovascolari (CVD) sono la principale causa di morte e sono rimaste la principale causa di morte durante la pandemia di COVID-19, rappresentando il 20,1% di tutti i decessi tra marzo 2020 e ottobre 20211. Secondo Secondo l’American Heart Association, le malattie cardiovascolari rappresentano un enorme onere sanitario ed economico negli Stati Uniti e nel mondo2. Questo tasso di mortalità e l’onere economico possono essere ridotti migliorando i metodi diagnostici e rendendoli più accessibili per ottenere una diagnosi precoce delle anomalie cardiache. A questo proposito, il monitoraggio routinario dell’attività cardiaca può aumentare la possibilità di diagnosi precoce delle malattie cardiovascolari. Gli attuali metodi di monitoraggio dell'attività cardiaca comprendono sia tecniche invasive (come il cateterismo dell'arteria polmonare3) che non invasive. Le tecniche invasive vengono solitamente eseguite in strutture cliniche limitando la loro utilità per il monitoraggio remoto di routine dei pazienti. D’altro canto, metodi non invasivi come l’elettrocardiografia (ECG) sono stati ampiamente utilizzati per sviluppare sistemi di monitoraggio remoto che possono essere utilizzati al di fuori delle strutture sanitarie. Recenti studi sulla sismocardiografia (SCG), un'altra tecnica non invasiva che registra le vibrazioni cardiovascolari sulla superficie del torace, hanno suggerito il loro potenziale nella stima accurata di parametri clinicamente significativi4. Queste vibrazioni possono essere misurate nelle direzioni dorsoventrale, destra-sinistra e testa-piedi e sono causate da attività meccaniche del cuore, come l'apertura e la chiusura delle valvole mitrale e aortica, la contrazione isovolumetrica, l'eiezione e il rapido riempimento della cavità sinistra. ventricolo4,5,6. Poiché l'SCG misura l'attività meccanica del cuore, può fornire informazioni diagnostiche complementari ad altre modalità come l'ECG e la pulsossimetria che valutano l'attività elettrica del cuore e il livello di ossigeno nel sangue4,7,8. Di conseguenza, diversi studi hanno dimostrato che i segnali SCG contengono informazioni che possono essere utilizzate per indagare con precisione l'attività cardiaca come i tempi di apertura e chiusura delle valvole aortica e mitrale9,10. Inoltre, i segnali SCG si sono rivelati promettenti nel rilevamento e nel monitoraggio di una varietà di malattie cardiovascolari, come la malattia coronarica, l'infarto del miocardio, l'ischemia e l'emorragia11,12,13,14,15,16,17.