作者簡(jiǎn)介

湯國(guó)玉：從事光纖生命體征傳感技術(shù)研究與產(chǎn)品研發(fā)8年之久，目前研究興趣：1光纖BCG傳感器、2光纖數(shù)據(jù)手套、3睡眠監(jiān)測(cè)。累計(jì)發(fā)表18篇SCI論文，申請(qǐng)和授權(quán)45篇發(fā)明專(zhuān)利。主持研發(fā)產(chǎn)品有光纖數(shù)據(jù)手套、光纖監(jiān)測(cè)床墊、光纖BCG傳感模組，曾獲第五屆深圳寶安創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽行業(yè)賽二等獎(jiǎng)、安徽省2020創(chuàng)新創(chuàng)業(yè)大賽一等獎(jiǎng)，相關(guān)研究獲《深圳特區(qū)報(bào)》報(bào)道。兼任英國(guó)物理學(xué)會(huì)MST期刊審稿人、深圳市增強(qiáng)現(xiàn)實(shí)技術(shù)應(yīng)用協(xié)會(huì)專(zhuān)家委員會(huì)委員。

什么是生命體征？

醫(yī)學(xué)上生命體征是指用來(lái)判斷病人的病情輕重和危急程度的指征。主要有心率、脈搏、血壓、呼吸、疼痛、血氧、瞳孔和角膜反射的改變等等。

近年來(lái)生命體征監(jiān)測(cè)概念逐漸深入到非醫(yī)學(xué)領(lǐng)域，例如消費(fèi)、健康、運(yùn)動(dòng)、家居、養(yǎng)老等領(lǐng)域，涌現(xiàn)了不少生命體征監(jiān)測(cè)產(chǎn)品，例如運(yùn)動(dòng)手環(huán)、智能手表、睡眠監(jiān)測(cè)帶、監(jiān)測(cè)枕等。

生命體征傳感能做什么？

1、睡眠記錄

記錄、分析睡眠過(guò)程中的生命體征、睡眠質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)睡眠數(shù)據(jù)化

2、危險(xiǎn)預(yù)警

對(duì)睡眠中的呼吸異常、呼吸暫停、墜床、打鼾、心臟病突發(fā)等危險(xiǎn)情況進(jìn)行數(shù)據(jù)采集及報(bào)警。

檢測(cè)有無(wú)遺留生命體

長(zhǎng)期記錄并對(duì)比使用者睡眠過(guò)程中的生命體征，用于提前發(fā)現(xiàn)身體異常

3、日常保健

以坐墊、床墊等形式檢測(cè)使用者著座or臥床的時(shí)間、姿態(tài)和生命體征，給出提醒及建議

4、適用人群

成人：打鼾、呼吸暫停、睡眠記錄等

嬰幼兒：墜床、嗆奶窒息、褥壓住口鼻窒息

臥床病人：防褥瘡、久臥提醒

老人：獨(dú)居看護(hù)、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)集中看護(hù)

心臟病人：夜間心臟病突發(fā)

久坐者：久坐提醒、改善坐姿提醒

睡眠數(shù)據(jù)關(guān)注者：睡眠數(shù)據(jù)

5、適用場(chǎng)景

集中看護(hù)：養(yǎng)老院、月子中心、幼兒園

智能家居：枕頭、床墊、座椅、坐墊

嬰兒用品：嬰兒床、嬰兒床墊、睡袋等

汽車(chē)座椅坐墊：檢測(cè)駐車(chē)時(shí)車(chē)內(nèi)遺留生命體

醫(yī)院監(jiān)護(hù)：智能病床、睡眠監(jiān)測(cè)、非接觸監(jiān)測(cè)

執(zhí)法機(jī)構(gòu)：監(jiān)獄、看守所監(jiān)測(cè)看壓人員生命體征

與各類(lèi)助眠產(chǎn)品結(jié)合，形成助眠-睡眠記錄閉環(huán)

生命體征傳感技術(shù)有哪些？

目前的生命體征傳感技術(shù)主要分為兩類(lèi)：皮膚接觸式、非皮膚接觸式

1、皮膚接觸式

主要有PPG、ECG、EEG。PPG即光電容積脈搏波描記法，利用光的反射原理檢測(cè)心跳導(dǎo)致的毛細(xì)血管收縮和擴(kuò)張，主要用在手環(huán)手表和指尖血氧儀中;ECG即心電圖、EEG即腦電圖，兩者主要用在心電圖機(jī)、腦電圖機(jī)、生命體征監(jiān)護(hù)儀等醫(yī)療設(shè)備中。

2、非皮膚接觸式

主要有BCG、毫米波雷達(dá)。

BCG即心沖擊圖，是一項(xiàng)新興技術(shù)，主要用在座椅、床墊、枕頭等載體內(nèi)，監(jiān)測(cè)人體生命活動(dòng)所產(chǎn)生的微弱壓力，進(jìn)而計(jì)算出呼吸率、心率、在位離位、睡眠質(zhì)量、疲勞程度等生命體征。

毫米波雷達(dá)即利用雷達(dá)波照射人體，檢測(cè)呼吸心跳產(chǎn)生的人體表面形變，目前已應(yīng)用在汽車(chē)領(lǐng)域，檢測(cè)后排座椅遺留生命體及汽車(chē)防盜，毫米波雷達(dá)的輻射超標(biāo)問(wèn)題需要解決。

非皮膚接觸式的優(yōu)勢(shì)

PPG手環(huán)、ECG等皮膚接觸式生命體征傳感技術(shù)，需要穿戴捆綁、貼緊皮膚，給人以束縛、不舒服的感覺(jué)，接觸部位皮膚不透氣、易出現(xiàn)汗?jié)n紅腫。在進(jìn)行睡眠監(jiān)測(cè)時(shí)，穿戴捆綁的使用方式會(huì)改變使用者的睡眠習(xí)慣，加重焦慮和不安，難以真實(shí)反應(yīng)睡眠狀況。

BCG主要用在枕頭、床墊內(nèi)部，無(wú)感監(jiān)測(cè)、無(wú)需穿戴捆綁、不直接接觸皮膚、不改變睡眠習(xí)慣、無(wú)束縛。毫米波雷達(dá)因輻射問(wèn)題，難以在家庭睡眠監(jiān)測(cè)領(lǐng)域應(yīng)用。

BCG傳感技術(shù)介紹

心沖擊信號(hào)英文全稱(chēng)Ballistocardiogram，簡(jiǎn)稱(chēng)BCG，最早于1877年被提出，本質(zhì)是心臟搏動(dòng)和動(dòng)脈血流動(dòng)導(dǎo)致的人體表面對(duì)外壓力的微弱變化，是心臟的力學(xué)特征。目前BCG信號(hào)采集方式主要分為：立姿采集、坐姿采集、臥姿采集、穿戴式采集。BCG信號(hào)與ECG信號(hào)、PPG信號(hào)具有良好的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

圖片源自脈搏波

目前BCG傳感器主要分為光纖傳感器和壓電傳感器。光纖傳感器原理主要有微彎、FBG、MZ干涉等，可檢測(cè)微小靜態(tài)力和動(dòng)態(tài)力;壓電傳感器主要利用壓電薄膜，僅能檢測(cè)動(dòng)態(tài)力，即對(duì)大小或方向隨時(shí)間變化的力有響應(yīng)，對(duì)靜態(tài)力沒(méi)有響應(yīng)。

光纖BCG傳感器實(shí)測(cè)

傳感器放在枕下

受試者躺在枕頭上

將光纖BCG傳感器放在枕下進(jìn)行實(shí)際測(cè)試，測(cè)試者躺在枕頭上，歷經(jīng)多次上枕、離枕、仰臥、側(cè)臥、體動(dòng)、憋氣模擬呼吸暫停，數(shù)據(jù)如下圖所示。

測(cè)試過(guò)程數(shù)據(jù)

呼吸暫停時(shí)的數(shù)據(jù)特征(憋氣模擬)

可見(jiàn)各睡姿下BCG數(shù)據(jù)清晰、信噪比高，呼吸暫停時(shí)數(shù)據(jù)特征明顯。

進(jìn)一步詳細(xì)分析該光纖BCG傳感器的原始數(shù)據(jù)，可見(jiàn)在呼吸波形中夾雜著心跳波形，兩者頻率不同，經(jīng)算法提取后的呼吸心跳波形，特征更加明顯，能夠準(zhǔn)確計(jì)算出呼吸率、心率。

光纖BCG傳感器在枕下的原始數(shù)據(jù)

提取出的心跳信號(hào)

圖片提取出的呼吸信號(hào)

目前基于光纖傳感的BCG傳感器的準(zhǔn)確度已達(dá)到醫(yī)療級(jí)，已有相關(guān)公司取得了CFDA和FDA認(rèn)證。

應(yīng)用前景

隨著社會(huì)的發(fā)展，人們對(duì)于健康的關(guān)注度逐漸提高，住院病人希望降低檢測(cè)的痛苦、慢性病人希望居家監(jiān)測(cè)、健康人群希望及時(shí)發(fā)現(xiàn)自身病變、養(yǎng)老機(jī)構(gòu)希望推出無(wú)感監(jiān)測(cè)設(shè)備、醫(yī)院在進(jìn)行智慧病房建設(shè)、家居家紡企業(yè)苦尋智能化技術(shù)。

光纖BCG傳感技術(shù)因其不接觸皮膚、無(wú)需穿戴捆綁、無(wú)感監(jiān)測(cè)、醫(yī)療級(jí)的高準(zhǔn)確度、抗干擾等優(yōu)勢(shì)，必將在未來(lái)的大健康、智能傳感、智慧生活的潮流中發(fā)光出彩，占據(jù)一席之地。
編輯：hfy