Auricolari che misurano la frequenza cardiaca: Google spiega come funzionano

L’audiopletismografia(APG) è una tecnica di monitoraggio fisiologico che sfrutta i suoni o le onde sonore per rilevare le variazioni nel flusso sanguigno. Il metodo, simile alla fotopletismografia (PPG), registra le variazioni di volume sanguigno in un dato punto del corpo. In particolare, APG si concentra sul rilevamento delle variazioni del flusso sanguigno all’interno del condotto uditivo: perché non creare nuovi auricolari che misurano la frequenza cardiaca e consegnare nelle mani degli utenti dispositivi in grado non soltanto di ottimizzare l’esperienza di ascolto ma anche di fornire riscontri immediati sui parametri vitali?

È proprio questo che ha fatto Google presentando la sua idea di auricolari con cancellazione attiva del rumore (ANC) e sistema APG integrato. In questo modo, semplicemente inserendo un normale auricolare di nuova generazione nell’orecchio, è possibile monitorare il battito cardiaco e la sua variabilità, senza l’aggiunta di sensori addizionali e senza compromettere la durata della batteria.

Come funzionano gli auricolari per misurare la frequenza cardiaca

I tecnici Google spiegano che poggiando sulla tecnica APG e su ultrasuoni a bassa intensità, diventa possibile tenere efficacemente sotto controllo i segnali fisiologici di ciascun individuo. Il processo di monitoraggio avviene attraverso l’invio di un’onda ultrasonica a bassa intensità (onda di trasmissione TX) utilizzando gli altoparlanti degli auricolari ANC e raccogliendo l’onda ricevuta (onda RX o eco) tramite i microfoni di feedback integrati. Il segnale APG assume la forma di un’onda simile a un impulso sincronizzato con i battiti cardiaci e rivela informazioni dettagliate sul comportamento del cuore.

L’orecchio riceve apporto sanguigno dall’arteria auricolare profonda, che costituisce una rete intricata di vasi all’interno del condotto uditivo. Variazioni nella forma dei vasi sanguigni causate dal battito cardiaco e dalla pressione possono portare a cambiamenti facilmente rilevabili da un dispositivo inserito nell’orecchio.

Il personale di Google ha sviluppato un modello di risonanza cilindrica che aiuta a comprendere la fisica sottostante all’APG. Il fenomeno, che avviene su una scala estremamente ridotta, è adatto alla rilevazione delle attività cardiache sfruttando contemporaneamente un bouquet di frequenze sulla banda degli ultrasuoni.

Studi condotti su un vasto campione di partecipanti, dimostrano che l’APG offre una misurazione accurata della frequenza cardiaca e della variabilità del battito, superando le limitazioni dei sensori PPG, come la variabilità delle prestazioni in base alle caratteristiche cromatiche della pelle.

Come avviene la misurazione dei segnali

Nel contesto della simulazione basata sul modello analitico sviluppato da Google, l’ampiezza ( 𝑅(𝑡) ) e la fase ( Φ(𝑡) ) dei segnali APG riflettono le attività cardiache ( ℎ(𝑡) ). L’ampiezza si riferisce al valore dell’onda del segnale APG: le variazioni nell’ampiezza possono indicare cambiamenti nel flusso sanguigno o nella pressione all’interno dell’orecchio dovuti all’attività cardiaca.

La  fase rappresenta il ritardo temporale o lo spostamento dell’onda del segnale APG rispetto a un riferimento. Le variazioni di fase esprimono cambiamenti nel momento in cui si verificano modifiche a livello di flusso sanguigno e pressione.

Google ha affrontato il problema del rumore ingenerato dal corpo (che può rendere imprecise le misurazioni) usando varie strategie: i già citati ultrasuoni a bassa intensità, in modo che il segnale trasmesso sia più distinto rispetto al rumore ambientale; frequenze differenti (alcune frequenze possono essere più sensibili alle attività cardiache, mentre altre possono essere più sensibili al movimento del corpo); ricerca della migliore frequenza; tecniche di elaborazione del segnale che permettono di isolare e analizzare accuratamente i segnali d’interesse.