非接触式健康监测与射频技术

生理参数的测量是评估一个人的健康状况的关键。考虑到物理,面对面考试并不总是可能的,非接触式监测生命体征可能提供利益在各领域的应用,从医疗和临床设置职业和运动场景,也突然严重的危及生命的情况下,发生在日常活动。
当前技术正在与传感器连接到个人,可失败和假警报。同时,它的成功是由个人决定的,以及他们是否经常穿装置。非接触式健康监测提供了优势,克服这些挑战。
非接触式健康监测技术包括远程相机(光学/红外)、声学、无线电频率(RF)雷达和wi - fi等传感器。而其他技术优势和局限性,射频技术的优点是健壮的,日夜能力,准确、缺乏隐私问题。

射频技术是如何读健康参数

射频技术的非接触式健康监测大致可分为主动和被动遥感技术。有源传感技术涉及到传输的射频波指向主题和传感信号的参数反映了从他们(雷达)。被动传感技术利用射频电波的反射对象已经被射频信号来源从一个无所不在的wi - fi路由器等设备。
传感主题使用射频技术的健康状况从根本上是基于信号的提取参数影响的分钟运动身体或身体部位,如手臂、腿、心脏和肺。这个信号参数被称为微多普勒信息——“微”一词反映了这样一个事实:分钟身体部位的运动所产生的多普勒频率非常低。射频技术在遥感人类健康参数的成功因此在于使用先进的信号处理方法提取正确的微多普勒信息。RF频谱的例子,由于不同的动作如下所示。

图1:人类步态的光谱图:(a)在来回走动,(b)走路没有手提包,(c),走一个手提包,(d)行走和双手同时拿两个手提包
(来源:反向散射和射频传感未来无线通信网络ISBN: 9781119695721, 2021年约翰·威利& Sons有限公司,第177 - 157页。)

射频技术的应用非接触式健康监测包括监测异常相关疾病的身体运动,下降,睡眠紊乱,心跳和呼吸频率。走在行为和异常的身体动作可以揭示痴呆和帕金森病等疾病的存在,尤其是老年人,不正常的呼吸模式和心率可以揭示不健康的身体状况在任何年龄,作为一个长期的现象或时间观察。步行行为像雷达射频传感器探测到的例子如图1所示。呼吸模式和心率的一些示例如图2所示。

图2:典型的心率和呼吸的变化模式根据不同的健康状况,资料来源:

非接触式健康监测使用雷达提供放大的优势微多普勒雷达对医疗使用频率更高,因此多普勒频率更高的价值比wi - fi的反射信号。更高的多普勒频率有助于检测信号参数更容易。广泛的研究已经对人类呼吸和心率监测雷达,俗称“生命体征监测。“生命体征监测大范围跨汽车的用例(客舱乘员/司机的健康监测)和医疗行业。

导航实现挑战

雷达技术实现更高精度的挑战,错误检测,实现成本和健康危害的担忧,由于对人体直接射频传输。精度高的问题和错误检测被先进的信号处理算法解决采用机器学习。为了解决成本,半导体设备制造商已经开发出一种单片机完成雷达硬件的解决方案。此外,先进的信号处理技术和健壮的波形设计将有助于减少传输能量。
wi - fi精度高的优点,无处不在,和更低的成本。被动探测技术是用来捕捉无处不在的无线网络信号的反射在医院/室内环境或在一个移动的车辆,并为生命体征监测和分析微多普勒监测其他参数如身体动作和瀑布。此外,射频识别(RFID)已经被用于追踪病人在医院或类似的室内设置。

新兴的研究范围

非接触式健康监测使用射频技术开辟了一个新兴的研究领域,帮助医疗专业人员通过提供早期发现可能的严重的健康状况,使他们能够治疗受试者更快和更有效的。集成的射频传感器高速通信网络将进一步使健康数据的共享与指定医疗中心/医务人员,使他们能够采取必要的远程操作,直到受试者是由专业人士亲自出席。研究正在发展高效的硬件和先进的算法来处理不断增加的健康状况和克服新兴挑战的复杂性。

关于作者

名称:Ranadeep萨哈
名称:主要架构师,技术组
Ranadeep萨哈在微波通信电子工程师专业化和雷达技术和系统。他20多年行业经验的微波和雷达系统研究、设计与开发。他主要从事设计与开发的雷达和其它微波系统检测、传感和跟踪,最初作为一个设计工程师,通过功能领先,为雷达研发负责人。他有着丰富的经验在微波和雷达技术的应用在国防、空间,政府和商业市场。
名称:拉奥斯Kudavelly
名称:高级顾问主要
斯有超过25年的经验跨越消费电子、生物医学仪器和医学成像。领导研发团队,专注于端到端的三维/四维量化应用程序和发布数”的概念来研究市场”的解决方案。他还带领跨职能团队来驱动应用研究,产品开发、人为因素,临床研究、外部协作和创新。他已经获得不同的技能集和问题的挑战。,超过25专利申请量和12专利授予跨不同领域,指导/ 30 +学生项目,是一个指南/ 10 +硕士论文的学生,同行审查的论文和IEEE高级会员(2007)。