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立异医疗保健 看人体传感器怎么消除痛感

[导读] 人体传感器为医疗保健开启新时代,利用“非接触”、“非侵袭”式测量技术对人体信息进行测量,会让患者免除以前传统测量所带来的疼痛或不适感。自日本大学展示只需用手指接触即可测量血压的技术后,欧姆龙

[导读] 人体传感器为医疗保健敞开新年代,运用“非触摸”、“非侵袭”式丈量技能对人体信息进行丈量,会让患者革除曾经传统丈量所带来的苦楚或不适感。自日本大学展现只需用手指触摸即可丈量血压的技能后,欧姆龙、丰田、富士通研讨所纷繁研制无感人体传感技能,致力于为新一代医疗保健保驾护航。 关键词:医疗保健移动通讯测验丈量LED传感器

  人体传感器为医疗保健敞开新年代,运用“非触摸”、“非侵袭”式丈量技能对人体信息进行丈量,会让患者革除曾经传统丈量所带来的苦楚或不适感。自日本大学展现只需用手指触摸即可丈量血压的技能后,欧姆龙、丰田、富士通研讨所纷繁研制无感人体传感技能,致力于为新一代医疗保健保驾护航。

  医疗保健行将步入新年代,由于与此前天壤之别的技能的开发变得活泼起来。那便是运用电子技能、无需触摸人体或接受苦楚即可丈量人体信息的技能。

  人体信息丈量的形状将跟着电子技能的运用而发生巨变。曾经的人体信息丈量一般要固定患者的体位、在身体上张贴电极,会给患者形成苦楚或不适感。大部分读者应该都有过在臂膀上缠上压榨带量血压、或是在身上贴上电极丈量心电图的阅历。像笔者这样,对用压榨带缠住臂膀和在身上贴电极感到严重的人应该不在少数。

  而现在,“非触摸”、“非侵袭*”丈量人体信息的技能的开发敏捷活泼起来(图1)。被测者(患者)简直感觉不到正在进行丈量,因而能消除患者丈量时的心理压力。

  

  图1:运用电子技能,步入“非触摸”、“非侵袭”年代

  曾经丈量人体信息时要阅历“捆绑”、“贴电极”、“压榨”等状况,而最近,完成“非触摸”、“非侵袭”的技能开发案例相继呈现。注:非侵袭是指,不会形成苦楚和苦楚等。

  例如,在2012年11月于德国举办的国际最大规划医疗器械展“MEDICA 2012”上,日本大学展现了只需用手指触摸即可丈量血压的技能,受到了与会者的极大重视。

  2013年3月,在“第77届日本循环器官学会学术聚会”上,丰田与电装、日本医科大学一起展现了运用轿车方向盘估测驾驭员血压的技能。丰田表明,“假如是每天都开车的人,只需和往常相同抓住方向盘即可丈量每天的血压、进行办理”。

  此外,富士通研讨所2013年3月宣告开宣告了经过面部视频实时丈量脉息的技能。为个人电脑的显现器装上网络摄像头、再设备所需软件,“只需在办公室用电脑正常作业,就能监控脉息的改变”。以上这些还只对错触摸、非侵袭丈量人体信息开发示例的一小部分。
  开辟新商场

  非触摸、非侵袭地丈量人体信息的长处不仅仅是能消除患者的苦楚和不适感,还有能为儿童、老年人以及因疾病等难以固定或捆绑的患者进行丈量。并且,易于完成长时刻(接连的)监控,因而还能用于疾病预兆的承认和老年人关照等用处(图2)。

  

  图2:“非触摸”、“非侵袭”的长处

  完成“非触摸”、“非侵袭”地丈量人体信息的长处包含,可消除被测者的苦楚和不适感、扩展丈量方针、完成长时刻(接连)监控,等等。

  也便是说,能用于与此前不同的患者和运用场景,有望开辟新的商场。能够说,开发非触摸、非侵袭丈量技能不是为了代替本来的丈量技能,而是要开辟全新的医疗健康商场。

  欧姆龙健康医疗于2012年5月推出的“欧姆龙睡觉仪HSL-101”称得上对错触摸丈量人体信息的领军产品。睡觉时,只需将该产品设置在人体周围 1.5m内的床边即可丈量呼吸等,然后判别睡觉状况。其原理是,向睡着的人的胸部等部位照耀10.5GHz的电波,经过反射波和入射波的相位差检测呼吸等。该产品选用了爱尔兰危险企业BiancaMed的技能。

  此前在丈量睡觉状况时,选用的办法有多导睡觉图查看(PSG查看)等,但这些办法需要把电极等贴在身体遍地,非常费事。欧姆龙健康医疗学术技能部技能探究组主任堤正和表明,“PSG查看会让被测者意识到自己正在处于丈量之中,反而更睡不着了。咱们想开辟丈量天然睡觉状况的商场”。HSL-101上市现已一年多,“出售状况非常好,超出了最初的方针。重视健康的40多岁和50多岁的男性用户比料想的要多”。这是运用非触摸的特色开辟新商场的一个很好的案例。

  技能开发聚集于“心跳”丈量

  下面介绍一下以开辟新的医疗健康商场为方针推动开发的非触摸、非侵袭地丈量人体信息的技能。不过,人体信息的规划很广。从现在的开发案例来看,大多数产品的首要丈量方针是心率和脉率注1)。由于经过心率能够看出许多问题,心率是重要的人体信息之一。比方,能够经过心率估测心理压力的程度和血压等。

  注1)心率是每分钟心脏跳动的次数,脉率是四肢动脉每分钟跳动的次数。健康的人的心率和脉率一起。

  众所周知,心理压力的程度能够依据心跳距离估测出来。心跳距离很规矩,阐明人处于放松状况,而心跳距离越不规矩,阐明压力越大。依据这一规矩,运用前面说到的富士通研讨所的脉息丈量技能,“只需在办公室正常运用电脑作业,即可监控心理压力的状况”,能完成更有意义的体系。

  别的,前面说到的日本大学和丰田等开发的技能都是在丈量脉息后,运用脉息数据核算血压(图3)。丰田是“结合脉息的传达时刻和多种数据库完成了血压估测”,而日本大学工学部教授尾股定夫表明,“咱们不是经过传达时刻取得血压数据,而是确立了可经过一个脉息波形直接核算出血压的算法”,尽管两边选用的办法不同,但将脉息数据转换成血压这一点是相同的。

  

  图3:依据脉息核算血压

  日本大学和丰田等各自开宣告了依据非侵袭办法取得的脉息数据核算血压的技能(a、b)。都是运用LED光取得脉息数据。

  也便是说,只需能以非触摸、非侵袭的办法测出心跳和脉息,就有望以非触摸、非侵袭办法把握心理压力状况和血压。此前,心率一般经过心电图(ECG,electrocardiogram)等丈量。那么,为完成非触摸、非侵袭丈量心率和脉率,现在正在开发哪些技能呢?依据所运用的技能的品种,首要可分红五种,别离是(1)LED、(2)图画处理、(3)加速度传感器、(4)电磁波、(5)光纤。下面就逐个加以阐明。
 完成单芯片化

  (1)运用LED丈量心跳和脉息的办法得到了日本大学和丰田等的选用。如图3所示,这种办法是在手指等触碰的部分,装备运用LED的发光模块和运用光电晶体管等的受光模块,运用血液中的血红蛋白简单吸收绿色等特定波长的光的特性,用LED照耀手指,运用其反射光来检测脉息。这种办法的运用比较广泛,新日本无线已于2013年6月开端出售将绿色LED和光电晶体管集成在一个封装内的通用脉息传感器。

  别的,日本大学表明,在运用LED丈量脉息的办法中组合运用了该大学的尾股教授开发的“相移法”技能。日本大学没有揭露详细的机制,不过尾股教授着重,“运用相移法可大幅进步信噪比,所以能取得精度极高的脉息波形。正由于如此才干把脉息转换成血压”。

  自从在MEDICA 2012上展出后,全球各地的企业等纷繁对相移法提出咨询。尾股教授最近成功地在一枚芯片上集成了含有相移法数据处理的中心部分,他表明,芯片尺度现在为1cm2见方,不过“数mm见方的小型化也现已有了端倪。到时就能设备到便携终端,因而有望完成运用智能手机装备的用作闪光灯的LED,用智能手机丈量脉息和血压的办法”。日本大学方案在2013年内与协作伙伴协作推出该芯片。

  无需新硬件

  富士通研讨所开宣告了(2)运用图画处理丈量心跳和脉息的技能,该技能是经过剖析面部视频的色彩成分来检测脉息(图4)。

  

  图4:仅拍照面部即可核算出脉率

  本图为富士通研讨所开发的依据面部视频丈量脉息的技能的丈量原理。将面部色彩分为RGB成分,依据绿色的亮度改变核算脉率。(图由《日经电子》依据富士通研讨所的材料制作)

  详细而言,富士通研讨所也是运用血红蛋白简单吸收绿色光的特性,经过捕捉面部外表绿色成分的亮度改变来检测脉息。首要,依据拍照的面部视频,按帧将图画分红RGB色彩成分并核算出各自的均匀亮度,然后从中去除各色彩一起的噪声,仅提取绿色成分的亮度波形。拍照视频后最短只需5秒即可测出脉息。

  这种办法所需的视频分辨率大约为VGA,帧频只需20帧/秒左右。因而,运用市面上出售的网络摄像头或智能手机装备的摄像头就满足。“无需预备新的硬件。有用化时想象的运用办法便是只需将图画处理软件作为运用设备到个人电脑和智能手机上即可”(富士通研讨所人本核算研讨所人类解决方案研讨部主任研讨员猪又明大)。方案2013年内完成有用化。

  除此之外,微软在2013年6月于美国洛杉矶举办的“Electronic Entertainment Expo(E3)”上,运用与该公司的新一代台式游戏机“Xbox One”配套出售的手势输入控制器“Kinect”,进行了丈量脉息的演示。估量这也是运用图画处理的技能。

  着眼于心冲击图

  (3)为运用加速度传感器的技能,开宣告心跳丈量技能的是村田制作所。该公司在2013年4月举办的展会“MEDTEC 2013”上,进行了只需站在体重计型设备或躺在床上即可丈量心率的演示(图5)。这项丈量技能的着眼点是心冲击图(BCG,ballistocardiogram)。

  

  图5:只需站在“体重计”上即可丈量心率

  村田制作所开发的心率丈量技能的特色是,只需站在“体重计”上即可丈量(a)。运用歪斜传感器检测心冲击图“BCG”的原理(b)。该公司预定向设备厂商供货装备该传感器的模块(c)。

  心冲击图是指,随同心脏的物理运动而发生的弱小体动。如图5(b)所示,与心脏的电气运动——心电图比较,心冲击图的峰值稍晚一些呈现。运用体重计型设备或床上装备的加速度传感器检测这一动作,然后就能得到心率。

  据村田制作所传感器事业部第2传感器产品部FAE课木村正幸介绍,由于BCG是极端弱小的动作,因而选用了“精度是一般加速度传感器约50 倍”的传感器。能够检测加速度为0.001G的弱小振荡。村田制作所称之为歪斜传感器,由其2012年1月收买的VTI Technologies公司(现为Murata Electronics公司)制作,是用于铲车等建筑机械、医疗设备及飞机用丈量体系等的传感器。

  在展会上,村田制作所还揭露了依据丈量的心跳距离提示心理压力程度的演示。该公司方案向设备厂商等供货装备歪斜传感器的模块,方案2013年内与设备厂商一起推动实证实验,2014年完成有用化。
  挑选可与移动通讯共用的2.4GHz频带

  (4)为运用电磁波丈量心率的技能,欧姆龙健康医疗的睡觉仪就归于其中之一。该公司的堤正和表明,“现在商场上的产品仅仅调查与睡觉有关的呼吸的状况,并不能测出心跳,不过,假如导入可补偿人体动作的滤波处理以及噪声去除等技能,技能上来说也能用来丈量心跳”。心跳的动作比呼吸和体动等还要小,因而假如能去除这些噪声成分,或进步丈量精度,就能以相同的技能完成心跳丈量。

  向人的胸部等发送电磁波,依据反射波和入射波之间的相位差检测体表动作——着眼于这一原理的不仅仅是欧姆龙健康医疗。阿尔卑斯电气开发的 “RF运动传感器”便是运用2.4GHz频带的电磁波丈量心跳等(图6)。该传感器没有内置天线,而是另行预备。该公司技能本部H方案第1部部门经理佐藤茂介绍说,“现在正在依据设备厂商等的点评进行改进。将研讨应该寻求何种程度的精度”。方案2014年开端量产。

  

  图6:运用2.4GHz无线电波丈量心跳和呼吸

  阿尔卑斯电气开宣告了运用2.4GHz无线电波非触摸丈量心跳和呼吸的技能(a)。在该公司开发的“RF运动传感器”上组合运用天线(b)。

  之所以挑选2.4GHz频带,是为了统筹人体信息的丈量和丈量数据的通讯。欧姆龙健康医疗开宣告了把向人体发送的检测电磁波用作数据通讯波的试制品。

  凭仗10.5GHz频带和MIMO进步精度

  神州大学开宣告了运用10.5GHz频带电磁波丈量心跳的技能(图7)。挑选10.5GHz是“由于其波长比2.4GHz短,在小型化和分辨率(精度)方面占优势”(神州大学的间濑)。

  

  图7:运用10.5GHz无线电波丈量驾驭员的心跳和心理压力状况

  神州大学开宣告了运用10.5GHz无线电波非触摸丈量驾驭员的心跳和心理压力状况的技能(a)。(b)为运用该技能和ECG别离测出的心跳改变方针(判别压力状况的方针)。

  该技能本来是为了丈量驾驭员的心理压力状况等而与轿车厂商一起展开的研讨。核算心理压力状况要求有精度更高的心跳数据。因而,除了选用 10.5GHz频率以外,还经过丈量驾驭中动作较少的左腿大腿部位、而不是受呼吸动作影响较大的胸部,以及开发自主算法等,进步了精度(图7(b))。

  别的,岩手大学运用以多条天线完成高速数据传输的MIMO,展开了进一步进步灵敏度的研讨(图8)。在各运用两通道进行数据收发的实验中,呼吸成分的频率检测灵敏度比单通道时进步了8.3dB。关于MIMO的运用,阿尔卑斯电气也表明,“尽管存在尺度变大的缺陷,但为了进步精度,可能会考虑选用”。

  

  图8:运用MIMO进步检测灵敏度

  在运用无线电波非触摸丈量心跳和呼吸的技能方面,岩手大学开宣告了运用MIMO进步检测灵敏度的技能(a)。该大学的实验显现,呼吸频率的检测灵敏度进步了8.3dB(b)。
  选用光纤作为传感器

  (5)为运用光纤丈量心跳的技能。创价大学工学部教授渡边一弘开发除了“异质中心型”光纤(图9)。

  

  图9:运用光纤丈量心跳和呼吸

  创价大学开宣告了将“异质中心型”光纤作为传感器运用的心跳和呼吸丈量技能(a)。(b)为在寝具中缝入该光纤,丈量睡觉时的呼吸等的景象。

  异质中心型光纤是在部分光波导刺进纤芯直径不同的部分。在直径不同的方位,光的传输会变得不稳定,因而,从外部触碰光纤的话,传输的光量会发生改变。假如能在光纤顶端用光电二极管检测出这一改变,就能够作为传感器运用。

  例如,将这种光纤缝入衣服和寝具中,就能检测出身体动作。渡边表明,“具有丈量心跳的精度”。

  下一个丈量方针是血液?

  运用(1)~(5)技能的心跳丈量技能往后会越来越多地得到选用。别的,还有观念以为,“将来假如能以非触摸、非侵袭办法丈量血液,医疗健康范畴会掀起一场更大的革新”(Aquavit代表董事、首席商务策划师田中荣)。例如,东京大学生产技能研讨所等开宣告了把光的强度会随血糖值改变的传感器植入小鼠耳内、经过从体外照耀光来丈量血糖值的技能(图10)。往后,这些技能的扩展技能将得到进一步开发。东京大学生产技能研讨所等开宣告了把光的强度会随血糖值改变的传感器植入小鼠耳内,然后丈量血糖值的技能。

  

  图10:依据萤光强度把握血糖值

 人体传感器为医疗保健敞开新年代,运用“非触摸”、“非侵袭”式丈量技能对人体信息进行丈量,会让患者革除曾经传统丈量所带来的苦楚或不适感。自日本大学展现只需用手指触摸即可丈量血压的技能后,欧姆龙、丰田、富士通研讨所纷繁研制无感人体传感技能,致力于为新一代医疗保健保驾护航。

  医疗保健行将步入新年代,由于与此前天壤之别的技能的开发变得活泼起来。那便是运用电子技能、无需触摸人体或接受苦楚即可丈量人体信息的技能。

  人体信息丈量的形状将跟着电子技能的运用而发生巨变。曾经的人体信息丈量一般要固定患者的体位、在身体上张贴电极,会给患者形成苦楚或不适感。大部分读者应该都有过在臂膀上缠上压榨带量血压、或是在身上贴上电极丈量心电图的阅历。像笔者这样,对用压榨带缠住臂膀和在身上贴电极感到严重的人应该不在少数。

  而现在,“非触摸”、“非侵袭*”丈量人体信息的技能的开发敏捷活泼起来(图1)。被测者(患者)简直感觉不到正在进行丈量,因而能消除患者丈量时的心理压力。

  

  图1:运用电子技能,步入“非触摸”、“非侵袭”年代

  曾经丈量人体信息时要阅历“捆绑”、“贴电极”、“压榨”等状况,而最近,完成“非触摸”、“非侵袭”的技能开发案例相继呈现。注:非侵袭是指,不会形成苦楚和苦楚等。

  例如,在2012年11月于德国举办的国际最大规划医疗器械展“MEDICA 2012”上,日本大学展现了只需用手指触摸即可丈量血压的技能,受到了与会者的极大重视。

  2013年3月,在“第77届日本循环器官学会学术聚会”上,丰田与电装、日本医科大学一起展现了运用轿车方向盘估测驾驭员血压的技能。丰田表明,“假如是每天都开车的人,只需和往常相同抓住方向盘即可丈量每天的血压、进行办理”。

  此外,富士通研讨所2013年3月宣告开宣告了经过面部视频实时丈量脉息的技能。为个人电脑的显现器装上网络摄像头、再设备所需软件,“只需在办公室用电脑正常作业,就能监控脉息的改变”。以上这些还只对错触摸、非侵袭丈量人体信息开发示例的一小部分。

  开辟新商场

  非触摸、非侵袭地丈量人体信息的长处不仅仅是能消除患者的苦楚和不适感,还有能为儿童、老年人以及因疾病等难以固定或捆绑的患者进行丈量。并且,易于完成长时刻(接连的)监控,因而还能用于疾病预兆的承认和老年人关照等用处(图2)。

  

  图2:“非触摸”、“非侵袭”的长处

  完成“非触摸”、“非侵袭”地丈量人体信息的长处包含,可消除被测者的苦楚和不适感、扩展丈量方针、完成长时刻(接连)监控,等等。

  也便是说,能用于与此前不同的患者和运用场景,有望开辟新的商场。能够说,开发非触摸、非侵袭丈量技能不是为了代替本来的丈量技能,而是要开辟全新的医疗健康商场。

  欧姆龙健康医疗于2012年5月推出的“欧姆龙睡觉仪HSL-101”称得上对错触摸丈量人体信息的领军产品。睡觉时,只需将该产品设置在人体周围 1.5m内的床边即可丈量呼吸等,然后判别睡觉状况。其原理是,向睡着的人的胸部等部位照耀10.5GHz的电波,经过反射波和入射波的相位差检测呼吸等。该产品选用了爱尔兰危险企业BiancaMed的技能。

  此前在丈量睡觉状况时,选用的办法有多导睡觉图查看(PSG查看)等,但这些办法需要把电极等贴在身体遍地,非常费事。欧姆龙健康医疗学术技能部技能探究组主任堤正和表明,“PSG查看会让被测者意识到自己正在处于丈量之中,反而更睡不着了。咱们想开辟丈量天然睡觉状况的商场”。HSL-101上市现已一年多,“出售状况非常好,超出了最初的方针。重视健康的40多岁和50多岁的男性用户比料想的要多”。这是运用非触摸的特色开辟新商场的一个很好的案例。

  技能开发聚集于“心跳”丈量

  下面介绍一下以开辟新的医疗健康商场为方针推动开发的非触摸、非侵袭地丈量人体信息的技能。不过,人体信息的规划很广。从现在的开发案例来看,大多数产品的首要丈量方针是心率和脉率注1)。由于经过心率能够看出许多问题,心率是重要的人体信息之一。比方,能够经过心率估测心理压力的程度和血压等。

  注1)心率是每分钟心脏跳动的次数,脉率是四肢动脉每分钟跳动的次数。健康的人的心率和脉率一起。

  众所周知,心理压力的程度能够依据心跳距离估测出来。心跳距离很规矩,阐明人处于放松状况,而心跳距离越不规矩,阐明压力越大。依据这一规矩,运用前面说到的富士通研讨所的脉息丈量技能,“只需在办公室正常运用电脑作业,即可监控心理压力的状况”,能完成更有意义的体系。

  别的,前面说到的日本大学和丰田等开发的技能都是在丈量脉息后,运用脉息数据核算血压(图3)。丰田是“结合脉息的传达时刻和多种数据库完成了血压估测”,而日本大学工学部教授尾股定夫表明,“咱们不是经过传达时刻取得血压数据,而是确立了可经过一个脉息波形直接核算出血压的算法”,尽管两边选用的办法不同,但将脉息数据转换成血压这一点是相同的。

  

  图3:依据脉息核算血压

  日本大学和丰田等各自开宣告了依据非侵袭办法取得的脉息数据核算血压的技能(a、b)。都是运用LED光取得脉息数据。

  也便是说,只需能以非触摸、非侵袭的办法测出心跳和脉息,就有望以非触摸、非侵袭办法把握心理压力状况和血压。此前,心率一般经过心电图(ECG,electrocardiogram)等丈量。那么,为完成非触摸、非侵袭丈量心率和脉率,现在正在开发哪些技能呢?依据所运用的技能的品种,首要可分红五种,别离是(1)LED、(2)图画处理、(3)加速度传感器、(4)电磁波、(5)光纤。下面就逐个加以阐明。

  完成单芯片化

  (1)运用LED丈量心跳和脉息的办法得到了日本大学和丰田等的选用。如图3所示,这种办法是在手指等触碰的部分,装备运用LED的发光模块和运用光电晶体管等的受光模块,运用血液中的血红蛋白简单吸收绿色等特定波长的光的特性,用LED照耀手指,运用其反射光来检测脉息。这种办法的运用比较广泛,新日本无线已于2013年6月开端出售将绿色LED和光电晶体管集成在一个封装内的通用脉息传感器。

  别的,日本大学表明,在运用LED丈量脉息的办法中组合运用了该大学的尾股教授开发的“相移法”技能。日本大学没有揭露详细的机制,不过尾股教授着重,“运用相移法可大幅进步信噪比,所以能取得精度极高的脉息波形。正由于如此才干把脉息转换成血压”。

  自从在MED%&&&&&%A 2012上展出后,全球各地的企业等纷繁对相移法提出咨询。尾股教授最近成功地在一枚芯片上集成了含有相移法数据处理的中心部分,他表明,芯片尺度现在为1cm2见方,不过“数mm见方的小型化也现已有了端倪。到时就能设备到便携终端,因而有望完成运用智能手机装备的用作闪光灯的LED,用智能手机丈量脉息和血压的办法”。日本大学方案在2013年内与协作伙伴协作推出该芯片。

  无需新硬件

  富士通研讨所开宣告了(2)运用图画处理丈量心跳和脉息的技能,该技能是经过剖析面部视频的色彩成分来检测脉息(图4)。

  

  图4:仅拍照面部即可核算出脉率

  本图为富士通研讨所开发的依据面部视频丈量脉息的技能的丈量原理。将面部色彩分为RGB成分,依据绿色的亮度改变核算脉率。(图由《日经电子》依据富士通研讨所的材料制作)

  详细而言,富士通研讨所也是运用血红蛋白简单吸收绿色光的特性,经过捕捉面部外表绿色成分的亮度改变来检测脉息。首要,依据拍照的面部视频,按帧将图画分红RGB色彩成分并核算出各自的均匀亮度,然后从中去除各色彩一起的噪声,仅提取绿色成分的亮度波形。拍照视频后最短只需5秒即可测出脉息。

  这种办法所需的视频分辨率大约为VGA,帧频只需20帧/秒左右。因而,运用市面上出售的网络摄像头或智能手机装备的摄像头就满足。“无需预备新的硬件。有用化时想象的运用办法便是只需将图画处理软件作为运用设备到个人电脑和智能手机上即可”(富士通研讨所人本核算研讨所人类解决方案研讨部主任研讨员猪又明大)。方案2013年内完成有用化。

  除此之外,微软在2013年6月于美国洛杉矶举办的“Electronic Entertainment Expo(E3)”上,运用与该公司的新一代台式游戏机“Xbox One”配套出售的手势输入控制器“Kinect”,进行了丈量脉息的演示。估量这也是运用图画处理的技能。

  着眼于心冲击图

  (3)为运用加速度传感器的技能,开宣告心跳丈量技能的是村田制作所。该公司在2013年4月举办的展会“MEDTEC 2013”上,进行了只需站在体重计型设备或躺在床上即可丈量心率的演示(图5)。这项丈量技能的着眼点是心冲击图(BCG,ballistocardiogram)。

  

  图5:只需站在“体重计”上即可丈量心率

  村田制作所开发的心率丈量技能的特色是,只需站在“体重计”上即可丈量(a)。运用歪斜传感器检测心冲击图“BCG”的原理(b)。该公司预定向设备厂商供货装备该传感器的模块(c)。

  心冲击图是指,随同心脏的物理运动而发生的弱小体动。如图5(b)所示,与心脏的电气运动——心电图比较,心冲击图的峰值稍晚一些呈现。运用体重计型设备或床上装备的加速度传感器检测这一动作,然后就能得到心率。

  据村田制作所传感器事业部第2传感器产品部FAE课木村正幸介绍,由于BCG是极端弱小的动作,因而选用了“精度是一般加速度传感器约50 倍”的传感器。能够检测加速度为0.001G的弱小振荡。村田制作所称之为歪斜传感器,由其2012年1月收买的VTI Technologies公司(现为Murata Electronics公司)制作,是用于铲车等建筑机械、医疗设备及飞机用丈量体系等的传感器。

  在展会上,村田制作所还揭露了依据丈量的心跳距离提示心理压力程度的演示。该公司方案向设备厂商等供货装备歪斜传感器的模块,方案2013年内与设备厂商一起推动实证实验,2014年完成有用化。

  挑选可与移动通讯共用的2.4GHz频带

  (4)为运用电磁波丈量心率的技能,欧姆龙健康医疗的睡觉仪就归于其中之一。该公司的堤正和表明,“现在商场上的产品仅仅调查与睡觉有关的呼吸的状况,并不能测出心跳,不过,假如导入可补偿人体动作的滤波处理以及噪声去除等技能,技能上来说也能用来丈量心跳”。心跳的动作比呼吸和体动等还要小,因而假如能去除这些噪声成分,或进步丈量精度,就能以相同的技能完成心跳丈量。

  向人的胸部等发送电磁波,依据反射波和入射波之间的相位差检测体表动作——着眼于这一原理的不仅仅是欧姆龙健康医疗。阿尔卑斯电气开发的 “RF运动传感器”便是运用2.4GHz频带的电磁波丈量心跳等(图6)。该传感器没有内置天线,而是另行预备。该公司技能本部H方案第1部部门经理佐藤茂介绍说,“现在正在依据设备厂商等的点评进行改进。将研讨应该寻求何种程度的精度”。方案2014年开端量产。

  

  图6:运用2.4GHz无线电波丈量心跳和呼吸

  阿尔卑斯电气开宣告了运用2.4GHz无线电波非触摸丈量心跳和呼吸的技能(a)。在该公司开发的“RF运动传感器”上组合运用天线(b)。

  之所以挑选2.4GHz频带,是为了统筹人体信息的丈量和丈量数据的通讯。欧姆龙健康医疗开宣告了把向人体发送的检测电磁波用作数据通讯波的试制品。

  凭仗10.5GHz频带和MIMO进步精度

  神州大学开宣告了运用10.5GHz频带电磁波丈量心跳的技能(图7)。挑选10.5GHz是“由于其波长比2.4GHz短,在小型化和分辨率(精度)方面占优势”(神州大学的间濑)。

  

  图7:运用10.5GHz无线电波丈量驾驭员的心跳和心理压力状况

  神州大学开宣告了运用10.5GHz无线电波非触摸丈量驾驭员的心跳和心理压力状况的技能(a)。(b)为运用该技能和ECG别离测出的心跳改变方针(判别压力状况的方针)。

  该技能本来是为了丈量驾驭员的心理压力状况等而与轿车厂商一起展开的研讨。核算心理压力状况要求有精度更高的心跳数据。因而,除了选用 10.5GHz频率以外,还经过丈量驾驭中动作较少的左腿大腿部位、而不是受呼吸动作影响较大的胸部,以及开发自主算法等,进步了精度(图7(b))。

  别的,岩手大学运用以多条天线完成高速数据传输的MIMO,展开了进一步进步灵敏度的研讨(图8)。在各运用两通道进行数据收发的实验中,呼吸成分的频率检测灵敏度比单通道时进步了8.3dB。关于MIMO的运用,阿尔卑斯电气也表明,“尽管存在尺度变大的缺陷,但为了进步精度,可能会考虑选用”。

  

  图8:运用MIMO进步检测灵敏度

  在运用无线电波非触摸丈量心跳和呼吸的技能方面,岩手大学开宣告了运用MIMO进步检测灵敏度的技能(a)。该大学的实验显现,呼吸频率的检测灵敏度进步了8.3dB(b)。

  选用光纤作为传感器

  (5)为运用光纤丈量心跳的技能。创价大学工学部教授渡边一弘开发除了“异质中心型”光纤(图9)。

  

  图9:运用光纤丈量心跳和呼吸

  创价大学开宣告了将“异质中心型”光纤作为传感器运用的心跳和呼吸丈量技能(a)。(b)为在寝具中缝入该光纤,丈量睡觉时的呼吸等的景象。

  异质中心型光纤是在部分光波导刺进纤芯直径不同的部分。在直径不同的方位,光的传输会变得不稳定,因而,从外部触碰光纤的话,传输的光量会发生改变。假如能在光纤顶端用光电二极管检测出这一改变,就能够作为传感器运用。

  例如,将这种光纤缝入衣服和寝具中,就能检测出身体动作。渡边表明,“具有丈量心跳的精度”。

  下一个丈量方针是血液?

  运用(1)~(5)技能的心跳丈量技能往后会越来越多地得到选用。别的,还有观念以为,“将来假如能以非触摸、非侵袭办法丈量血液,医疗健康范畴会掀起一场更大的革新”(Aquavit代表董事、首席商务策划师田中荣)。例如,东京大学生产技能研讨所等开宣告了把光的强度会随血糖值改变的传感器植入小鼠耳内、经过从体外照耀光来丈量血糖值的技能(图10)。往后,这些技能的扩展技能将得到进一步开发。东京大学生产技能研讨所等开宣告了把光的强度会随血糖值改变的传感器植入小鼠耳内,然后丈量血糖值的技能。

  

  图10:依据萤光强度把握血糖值

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