研究人员开发非接触式检测 测量人体生命体征

IEEE电气电子工程师学会2021-11-23 14:49:11

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大家都知道,在医院里,那些躺在病床上的病人,配备了一些医疗设备,如心率,脉搏,血压等数据可以清楚的显示出来。这些数字是非常重要的,因为它们是医生判断病情好坏的重要依据。现今,工程师们提出了一种新型无接触方法,可以同时监测几个人的心率、血压和呼吸。

 

当使用时,一个小的RFID标签放在身体附近,比如衬衫口袋或袖口,这就是系统需要的全部,以便读取这些生命体征。除了让病人更舒适之外,这项技术还可以使医院和护理机构更容易、更快、更便宜地监测居民的健康状况。

 

连续监测生命体征是一件烦人的事。它需要将电极粘在皮肤上、缠绕在电线上、或者紧绷的袖口,静止不动。像腕带、软无线补丁和临时纹身等可穿戴式传感器可以收集这些信息,但这些信息对于老年人、婴儿或有医疗条件的人来说可能不是一个好的选择。

 

显然,这种无创监测方法是“温和”的,所以病人不再需要处理电线,电极和其他东西。电子和计算机工程教授,许晓楠研究生Edwin Kan开发的RFID标签采用了近场相干传感技术,可将患者的外部和内部运动直接转换为射频信号。在被RFID阅读器接收后,信号被传送到计算机进行数据分析。

 

所以Kan和他的研究生Xiaonan Hui设计了一种依靠近场耦合的方法。 近场是正好在RFID天线周围的电磁场的区域,距离高达一个波长或35厘米。该系统需要一个小天线和RFID标签放置在胸部和手腕附近; 他们可以远离身体10厘米。 RFID阅读器放置在两米远的地方。

 

通过多项测试,这项新技术已经达到了监测生命体征所需的性能水平。据了解,将来有可能建立一个低成本的系统,同时监测医院使用的多个人的生命体征。

 

天线使用近场耦合将来自RFID阅读器的部分电磁能量引导到身体组织中,并将其一部分反射回接收器。 接收器读取反射信号的幅度和相位。 相位对天线和接收器之间的距离敏感。 所以像脉搏和呼吸这样的外部运动使标签上下移动,改变了相位。 同时,心跳会改变天线反射回探测器的幅度。 通过测量心跳和脉搏之间的微小时滞,系统也测量血压。

 

巧妙的添加允许系统一次监控多个标签。 研究人员在RFID标签芯片中整合了一个码分多址(CDMA)模块。 CDMA是允许多个信号在同一个信道上混合并传输的无线通信协议。 在这种情况下,每个RFID标签发送一个唯一代码的信号,允许读者检测数十个标签。 工程师的模拟显示,他们可以检测到多达200个标签,一个系统可以监控一个房间里几十个人的生命迹象。

 

Kan说,以前的基于RFID的生命体征监测系统不可能实现这种多路复用,因为它们的信噪比较低。但近场天线耦合产生足够干净的信号。

 

研究人员在他们的“自然电子”论文中展示了一个微小的RFID芯片和一个可以刺绣成织物的天线的例子。这些组件坚固耐用,可以承受洗涤,因此可以直接安装在衣服和床单上。



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