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Control de frecuencia cardíaca por video sin contacto en un cerdo en reposo y anestesiado

El algoritmo desarrollado basado en datos de video tiene potencial para medir la frecuencia cardíaca sin contacto.

26 agosto 2021

La frecuencia cardíaca (FC) es una bioseñal vital que es relativamente fácil de controlar con sensores de contacto y está relacionada con el estado de salud, estrés y bienestar de un organismo vivo. El objetivo de este estudio fue desarrollar un algoritmo para obtener la FC (latidos por minuto) de un cerdo anestesiado y en reposo a partir de datos de video sin procesar como un primer paso hacia el control continuo de la salud y el bienestar de los cerdos. Los datos se obtuvieron de dos experimentos, en los que los cerdos se grabaron en video mientras usaban un sistema de control de electrocardiografía (ECG) como criterio de referencia (CR). Para desarrollar el algoritmo, este estudio utilizó un filtro paso banda para eliminar el ruido. Luego, se probó un método de transformada de Fourier de tiempo corto (STFT) evaluando diferentes tamaños y funciones de ventana para identificar con precisión la FC. El algoritmo resultante se probó primero en videos de un cerdo anestesiado que mantenía una frecuencia cardíaca relativamente constante.

Las mediciones de CR FC para el cerdo anestesiado tuvieron un valor medio de 71,76 lpm y una desviación estándar (DE) de 3,57 lpm. El algoritmo desarrollado tuvo 2,33 lpm en el error absoluto medio (MAE), 3,09 lpm en la raíz del error cuadrático medio (RMSE) y 67% en el error de estimación de la FC por debajo de 3,5 lpm (PE3,5). Después la sensibilidad del algoritmo se probó en el video de un cerdo en reposo no anestesiado, ya que un animal en este estado tiene más fluctuaciones en la FC que un cerdo anestesiado, mientras que los artefactos de movimiento aún se minimizan debido al reposo. Las mediciones de CR FC para el cerdo en reposo tuvieron un valor medio de 161,43 lpm y DE de 10,11 lpm. La FC extraída del video mostró un rendimiento de 4,69 lpm en MAE, 6,43 lpm en RMSE y 57% en PE3,5. Los resultados mostraron que el control de la FC usando solo el canal verde de la señal de video era mejor que usar tres canales de color, lo que reduce la complejidad informática. Al comparar diferentes regiones de interés, la región alrededor del abdomen fue fisiológicamente mejor que la cara y la extremidad delantera.

En resumen, el algoritmo desarrollado basado en datos de video tiene potencial para la medición de la FC sin contacto y puede aplicarse en cerdos en reposo para controlar en tiempo real su estado de salud y bienestar, lo cual es de gran interés para veterinarios y ganaderos.

Wang M, Youssef A, Larsen M, Rault J-L, Berckmans D, Marchant-Forde JN, Hartung J, Bleich A, Lu M, Norton T. Contactless Video-Based Heart Rate Monitoring of a Resting and an Anesthetized Pig. Animals. 2021; 11(2): 442. https://doi.org/10.3390/ani11020442

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