傳感器在非接觸式生命體征監(jiān)測方面的應(yīng)用案例
發(fā)布時(shí)間:2020-02-14 責(zé)任編輯:xueqi
【導(dǎo)讀】傳感器在醫(yī)療健康行業(yè)的另一個(gè)重要應(yīng)用是進(jìn)行非接觸式生命體征監(jiān)測。非接觸式生命體征監(jiān)測目前已經(jīng)開始應(yīng)用在睡眠分析、老年患者護(hù)理監(jiān)測等場景,是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易使用一種健康觀察手段。
傳感器技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的使用中正發(fā)揮著其重要的作用。
利用傳感器技術(shù),植入型醫(yī)療設(shè)備將獲得更強(qiáng)大的功能,新型觀察方式通過對患者行動和方位進(jìn)行觀測,可以為患者朋友們帶來更加自由的生活,比如目前使用的心率管理(CRM)、手術(shù)儀器定位、侵入式和非侵入式壓力測量等。如果將傳感器的信號與其他檢測方式的結(jié)果結(jié)合之后來觀察,就能有效防止病癥的惡化。
傳感器在醫(yī)療健康行業(yè)的另一個(gè)重要應(yīng)用是進(jìn)行非接觸式生命體征監(jiān)測。非接觸式生命體征監(jiān)測目前已經(jīng)開始應(yīng)用在睡眠分析、老年患者護(hù)理監(jiān)測等場景,是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易使用一種健康觀察手段。
1需求
人類的生命體征能傳遞大量的個(gè)人健康信息,但是,長期監(jiān)測心跳節(jié)律、體溫、呼吸、睡眠中軀體運(yùn)動等等,通常不容易實(shí)現(xiàn),因?yàn)榇┐魇降臏y量,會讓人感到不舒適、不方便,甚至帶來附加心理壓力。
在日趨老齡化的社會中,護(hù)理老人時(shí),防跌落是主要的關(guān)注點(diǎn),雖然目前已有多種解決方案,但是如果能同時(shí)監(jiān)測心率、呼吸頻率和各種活動等生命體征,會有助于深入地了解個(gè)人健康狀況,也可為護(hù)士提供防跌落警報(bào)。
近年來,各種活動追蹤器以及類似的儀器將睡眠分析引入了消費(fèi)市場。睡眠分析中使用的多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(PSG)是睡眠分析的“金標(biāo)準(zhǔn)”,然而,市場上的睡眠分析儀器并不能為類似PSG這類儀器提供足夠精確的生命體征數(shù)據(jù)來進(jìn)行睡眠分析。
2挑戰(zhàn)
從技術(shù)角度來分析,非接觸式生命體征監(jiān)測也面對很多挑戰(zhàn),其中主要包括:
儀器設(shè)備需要小型化
必須有良好的信噪比
高精度、高穩(wěn)定性
低功耗
使用無線床鋪傳感器 BCGMCU和壓力傳感元件進(jìn)行,在使用者床上進(jìn)行非侵入式和免維護(hù)的心沖擊圖(BCG)檢測,是目前生命體征監(jiān)測應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題。
3 BCG的在床監(jiān)測應(yīng)用
監(jiān)測心臟的功能,目前存在多種方法。人們常聽說的是心電圖(ECG),ECG揭示的是心臟的心電功能;另外,心臟病專家可以同時(shí)用超聲波監(jiān)測瓣膜的操作和流量,用血壓測量觀測心跳產(chǎn)生的血壓或壓力波。心電圖的優(yōu)點(diǎn)是可以檢測到心臟電操作中的故障,如心律失常、信號延遲或阻滯、異常極化或去極化等;它的局限性包括對附加電極的要求和缺乏心臟真正泵送的信息。
心沖擊信號圖(BCG)監(jiān)測心臟功能則沒有ECG的上述局限。心沖擊信號是血液流入主動脈、主動脈旋轉(zhuǎn)和血壓脈沖持續(xù)進(jìn)入動脈引起的反沖信號。該運(yùn)動主要沿著身體的縱向軸線,加速度幅度通常為1mg(1cm/s2)的量級。典型的BCG信號如下圖所示。
典型的BCG信號
心沖擊圖(BCG)的優(yōu)勢在于其測量反應(yīng)的是心臟的機(jī)械泵送過程,信號能夠給出每一次心跳的時(shí)間和相對泵送量。另一方面,BCG的傳感器可以安裝在使用者床上,是非侵入性和免維護(hù)的,這種方式適合長期和夜間測量。因此,它還是測量康復(fù)狀態(tài)和睡眠質(zhì)量的極好工具,還可以揭示潛在的睡眠呼吸暫?;蛞归g心律失常。
將床上的BCG測量值與手鐲式日間脈博(BPW)測量值結(jié)合,就可以做到24/7監(jiān)測使用者的心臟和自主神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)。BPW也屬于非侵入式的測量工具,用于監(jiān)測心臟和血管的功能。
有了這樣組合的方案,非侵入式生命體征監(jiān)測就能夠應(yīng)用到各種不同需求的場景。
良好的睡眠對每個(gè)人預(yù)防各種各樣的疾病和延長壽命都很重要。積極的影響不僅限于與心臟或血管功能有關(guān)的情況,良好的睡眠還有助于人們的精神健康,甚至預(yù)防癌癥。
對于老年人而言,需要持續(xù)監(jiān)測生命體征,無論是在家庭和老年護(hù)理,以提高健康,方便其獨(dú)立生活能力,提高病人的安全監(jiān)護(hù),同時(shí)還需要節(jié)省醫(yī)院的人工成本,如果病人能夠較早出院并保持在外面的安全的話。
對運(yùn)動員來說,恢復(fù)和良好的睡眠是取得良好訓(xùn)練和比賽成績的決定性因素,最佳的訓(xùn)練和恢復(fù)使運(yùn)動員成為頂級運(yùn)動員。
心跳和呼吸參數(shù)是一個(gè)人一般狀況和預(yù)期壽命的極好指標(biāo)。它們不僅測量心臟的狀況,而且通過自主神經(jīng)系統(tǒng)測量整個(gè)身體的狀況,并指示許多病理狀況,如中風(fēng)測量。
需要指出的是,使用者床層中彈簧常數(shù)和阻尼因子的變化較大,導(dǎo)致不同的信號振幅和衰減時(shí)間常數(shù)。因此,在床的BCG測量,對應(yīng)用中使用的傳感器能力和相應(yīng)的信號分析能力有著非常高的要求。
村田BCG解決方案
村田改進(jìn)性能后的第2代BCG解決方案為醫(yī)院、家庭中睡覺的人的狀態(tài)監(jiān)測開辟了新的可能性??梢詮恼谒X的人的脈沖、呼吸頻率、呼吸時(shí)間等生物信號來檢測人離開床、以及分析睡眠狀態(tài)等。
村田BCG解決方案
村田BCG解決方案包括兩個(gè)部分:
由事先編好程序的微控制器BCGMCU-D01和SCL3300-D01。
傾角傳感器構(gòu)成的元件級解決方案,以及面向軟件解決方案和服務(wù)提供商、OEM系統(tǒng)集成商的產(chǎn)品。
BCGMCU-D01
村田基于加速度傳感器的心沖擊圖(BCG)傳感器 SCA10/11H的工作原理是:
傳感器連接在床上。
血液從人體心臟流出時(shí),全身會有微小的活動,稱之為心沖擊圖信號。
當(dāng)床上有人時(shí),BCG信號傳遞到床上。
村田加速度傳感器捕獲到這些振動,再通過我們的專利算法將加速度傳感器上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為生命體征數(shù)據(jù)。
SCA10H是一個(gè)PCB模塊,內(nèi)置用于BCG算法處理的加速度傳感器和MCU。
SCA11H提供WiFi連接,便于集成。
村田心沖擊圖(BCG)傳感器SCA10/11H產(chǎn)品特點(diǎn):
每秒報(bào)告一次:
心率(bmp)
心率變異度(ms)
呼吸頻率(次/分鐘)
每搏輸出量(A.U)
信號強(qiáng)度(測量活動,A.U)
之前檢測到的精確的呼吸時(shí)間
WiFi連接、云端支持
支持軟件和簡單連接,便于集成
睡眠分析算法與SCA10/11H數(shù)據(jù)配套使用
目前,村田心沖擊圖(BCG)傳感器SCA10/11H產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在防跌落和占床監(jiān)測、長期篩查生理狀況、睡眠分析、以及身體康復(fù)等應(yīng)用中。
來源:村田中文技術(shù)社區(qū)
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