Introducción: ventajas del radar de ondas milimétricas para la monitorización sin contacto
Con el rápido crecimiento de los hogares inteligentes, la atención sanitaria y las aplicaciones de seguridad en los vehículos, la demanda de monitoreo fisiológico sin contacto está aumentando. Los sensores tradicionales basados en contacto, como los electrodos de ECG, los cinturones pectorales o la fotopletismografía (PPG), proporcionan mediciones precisas, pero pueden causar molestias durante el uso prolongado y limitar su uso en dormitorios, hospitales y espacios públicos.
radar de ondas milimétricas (mmWave) ofrece una solución innovadora. Al transmitir ondas electromagnéticas en la banda de 60 a 77 GHz, el radar mmWave puede detectar movimientos sutiles del pecho causados por la respiración y los latidos del corazón, lo que permite monitoreo sin contacto, las 24 horas y preservando la privacidad. A diferencia de las cámaras, el radar no captura imágenes identificables, lo que protege la privacidad del usuario. En comparación con los sensores de contacto, el radar no requiere dispositivos portátiles, lo que proporciona una experiencia de usuario más natural.
Sin embargo, en entornos del mundo real, un solo radar puede verse afectado por la postura, la orientación o la obstrucción del cuerpo. Sumi y Sakamoto (2025) propusieron un enfoque de fusión multiradar combinado con MVMD (descomposición de modo variacional multivariado), que mejora significativamente la precisión y estabilidad de la monitorización de la respiración sin contacto y ofrece una solución fiable para una implementación práctica.
Fusión multiradar: principios y ventajas
Un único radar solo captura el desplazamiento del pecho desde un único punto de vista. Cuando el sujeto se gira o cambia de postura, la amplitud de la señal puede disminuir y el ruido aumenta, distorsionando la forma de onda de la respiración.
Para solucionar este problema, el equipo de investigación implementó tres radares mmWave, capturando simultáneamente señales de desplazamiento del tórax desde diferentes ángulos. Las señales se procesaron utilizando MVMD, logrando una efectiva fusión de información y supresión de ruido.
Principio MVMD
MVMD es una extensión multivariada de descomposición en modo variacional que procesa múltiples canales de señales relacionados mientras mantiene la coherencia de fase. Entre sus ventajas se incluyen:
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Descomposición conjunta: los patrones de respiración comunes entre canales se extraen de forma eficaz.
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Supresión de ruido: se eliminan el ruido ambiental y los artefactos de movimiento, lo que mejora la calidad de la señal.
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Fusión de modos: el análisis de componentes principales (PCA) integra modos para generar formas de onda de respiración estables.
Flujo de trabajo:
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Cada radar adquiere señales de desplazamiento del tórax xi(t)x_i(t).
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MVMD descompone las señales en funciones de modo intrínseco (IMF).
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La alineación de fases se aplica en todos los modos.
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PCA fusiona modos alineados para producir una señal de respiración estable y confiable.
Al fusionar múltiples perspectivas de radar, el sistema mitiga eficazmente los efectos de postura y orientación.
Diseño experimental y resultados
Configuración experimental
El sistema fue validado en un entorno de laboratorio controlado:
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Configuración del radar: tres radares FMCW de 60 GHz espaciados 120° alrededor del sujeto.
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Sujetos: Seis adultos sanos evaluados en tres orientaciones (de frente, de lado, de atrás).
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Distancias de medición: 1,5 m y 3,0 m.
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Escenario de varias personas: 10 sujetos monitoreados simultáneamente para evaluar la separación de señales.
Los intervalos de respiración de referencia se midieron con sensores de contacto.
Resultados
El sistema multiradar + MVMD logró un alto rendimiento en pruebas de un solo sujeto:
| Métrica | Radar único | Multiradar + MVMD | Mejora |
|---|---|---|---|
| Intervalo de respiración RMSE | – | ↓ 35,5% | ✔ |
| Frecuencia respiratoria MAE | – | ↓ 30,8% | ✔ |
| Precisión de la respiración | – | ↑ 9,4 puntos porcentuales | ✔ |