利用雷达传感器隔空监测患者心率和呼吸频率等生命体征
2025-05-27 10:56:44 来源：麦姆斯咨询 评论：0 点击：
研究人员开发创新的高频雷达传感器系统。项目合作伙伴旨在利用其创新的非接触式检查方法，应对医疗保健领域，尤其是农村地区的挑战。
许多偏远农村地区一直面临医疗资源短缺的问题，尤其是高质量诊断方面，情况尤为严峻。据麦姆斯咨询报道，德国弗劳恩霍夫可靠性与微集成研究所（IZM）的研究人员计划利用雷达技术来解决这些问题。他们与合作伙伴携手开发了一种移动式低功耗雷达传感器系统，能够非接触地进行患者监测。由此，医生可以利用该雷达传感器隔空获取患者生命体征的详细信息，例如心率和呼吸频率等。
高频雷达传感器系统将来可以在部分应用中取代传统心电图（ECG）设备
传统心电图检查需要利用贴在患者身上并通过线缆连接到监护仪的电极来测量脉搏。但对于某些患者群体，例如严重烧伤或创伤、某些皮肤过敏、传染性疾病或某些精神障碍或疾病的患者，将电极和线缆贴在身体上并使用传统心电图测量生命体征可能较为困难。
未来，此类检查可以通过高频雷达传感器系统以非接触的方式进行。这种非侵入式测量技术使医护人员能够远距离持续非接触地监测患者的生命体征，并在出现任何异常时迅速采取行动。这种新的生命体征测量方法简化了护理人员的工作。患者无需贴在身上的电极和线缆，也无需佩戴任何其它电子设备，从而提高了舒适度。
弗劳恩霍夫IZM研究所的研究人员正与勃兰登堡工业大学科特布斯-森夫滕贝格分校（BTU）、费迪南德-布劳恩研究所、莱布尼茨高频技术研究所（FBH）、莱布尼茨高性能微电子研究所（IHP）以及Thiem-Research GmbH的研究人员密切合作，开发创新的高频雷达传感器系统。项目合作伙伴旨在利用其创新的非接触式检查方法，应对医疗保健领域，尤其是农村地区的挑战。
透过床垫测量生命体征
新型雷达传感器可以透过衣物、毯子甚至床垫测量患者的心率和呼吸频率等生命体征，并将信息传输至监测设备。
新的医疗雷达传感器记录患者的心跳和呼吸活动，并将数据传输到监测设备
“雷达传感器系统利用雷达芯片和天线产生电磁波，这些电磁波会被人体反射。呼吸和心脏活动引起的胸壁节律性运动会调制反射波。雷达传感器系统可以测量并分析这些运动，从而提取人体生命体征。”弗劳恩霍夫IZM研究所射频与智能传感器系统部门负责人Ivan Ndip教授在解释这款创新型高频雷达传感器系统的工作原理时说道。
基于此，可以识别患者呼吸系统和心血管系统的医学特征，例如压力因素或某些心律失常。因此，许多与这些系统异常相关的疾病和病症都可以在早期阶段被发现。安装后，这种医疗雷达可以检测到患者呼吸和心跳引起的身体表面最细微的运动。这种医疗雷达传感器系统有许多潜在的应用，从监测婴儿、烧伤患者和睡眠障碍患者，到疗养院的病人，甚至车辆中的驾驶员和乘客，特别是儿童。
为了开展临床试验，研究人员将这种雷达传感器系统集成到一个塑料外壳中，并安装在病床下。在雷达传感器系统的开发过程中，弗劳恩霍夫IZM的研究人员考虑了塑料外壳和系统实际使用环境的影响，以防止运行过程中出现任何故障。
程序界面显示生命体征测量值
特别是在设计阶段，研究人员彻底研究了塑料外壳和病床对天线性能的影响。通过调整高频前端板和天线的设计，可以扩展雷达传感系统的范围，以便将来可以灵活地放置在房间内，例如固定在墙壁和天花板上。
“我们的目标是将来能够在离患者更远的地方进行测量，并同时监测多名患者。”Ivan Ndip教授说道。
天线和雷达前端板的系统开发和优化，确保医疗雷达传感器系统可靠运行
利用雷达可靠、非接触地测量生命体征是一项巨大的挑战，尤其是胸壁微运动反射的信号非常微弱。此外，患者附近的人或物体反射的信号、系统噪声以及患者身体其他部位的运动也使可靠地测量生命体征变得十分困难。克服这一挑战需要创新的硬件设计解决方案，以确保高信噪比（SNR），以及强大的信号处理算法。
弗劳恩霍夫IZM研究所的研究人员开发并优化了61 GHz雷达天线和雷达前端板，以便集成雷达芯片、天线和其他系统组件，从而确保高信噪比。此外，在天线和前端板的开发过程中，研究人员系统地考量并分析了制造公差对系统性能的影响，以确保医疗雷达传感器系统可靠、稳健地运行。特殊的天线设计使专家能够将电磁波聚焦到患者胸部特定的窄带上。
自2023年9月起，该医疗雷达系统原型已经开启了临床试验。在临床研究期间，项目合作伙伴测试了该系统测量生命体征的可靠性以及测量结果与参考心电图的相关性。
“对仰卧、侧卧或俯卧位受试者的初步测量非常成功。”Ndip教授说道。在该项目的第二阶段，专家们成功地将原型设计扩展为多通道医疗雷达传感器系统，该系统已经可以同时非接触地测量多个受试者的生命体征。
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