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研究人员开发一种新型无接触方法可以同时监测几个人的人体生命体征

IEEE电气电子工程师学会 2017-12-21 09:02 次阅读
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。
研究人员开发一种新型无接触方法可以同时监测几个人的人体生命体征
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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