疫情叠加人口老龄化的背景下,人们对健康状况的关注和投入不断提升。众所周知,生命体征数据是判断个人健康状况的重要依据,数量繁多的生理指标可以准确且直接地反映出人们的健康状况。而要采集各种生命体征数据,以便在居家环境中进行健康状态的监测、主动预防疾病的发生,则离不开数字化技术。这也是助推健康管理智能化、实现健康老龄化的重要抓手。

近年来,生命体征监测概念逐渐深入到非医学领域,多种生命体征监测产品不断涌现,PPG手环、ECG等皮肤接触式生命体征传感设备早已屡见不鲜。可需要穿戴捆绑、贴紧皮肤的使用方式却常常给人以强烈的束缚感,特别是在进行睡眠监测时,穿戴捆绑的使用方式甚至会改变用户的睡眠习惯,加重焦虑和不安,适得其反。也正因如此,以BCG和毫米波雷达为代表的非接触式生命体征传感技术正逐渐走上历史舞台,成为数字化健康管理的良方。

心冲击图概念(Ballistocardiography,BCG)最早于1877年被提出,本质是心脏搏动、动脉血流动导致的人体表面对外压力的微弱变化,是心脏的力学特征。其医学价值曾经与心电图学(ECG)相当。但因测量不稳定、难度大等原因,被逐渐遗忘在实验室之中。但从本世纪初开始,BCG技术又成为国内外各大研究机构的研究热点,原因除了自身潜在的医学价值和传感器技术进步等因素以外,BCG与物联网技术天然契合的特性,也让人们对它的综合价值有了新期盼。

万物皆是健康监测仪
BCG信号采集装置由传感器和一众信号调理电路组成。如果将高精度传感器“隐藏”在适配的体重秤、枕头、床垫、桌椅中,即可在非接触且不打扰用户正常作息的情况下进行生命体征监测。而这些以往再寻常不过的家庭日常用品,也可以在BCG技术的加持下,摇身一变,化身为高精尖 “生命健康监测仪”。

科学早已证明,心脏在搏动过程中可以引起人体一系列相应的周期性运动、震动,而这些信号通过传感器电路耦合后,再经差分前置放大电路、多级放大电路、隔直电路、陷波电路、带通滤波电路,最终可得到有价值、可供分析的BCG信号。BCG信号自身十分微弱,且易受到呼吸、身体运动、工频噪声的干扰。导致直接测量得到的BCG信号常常淹没在噪声中,无法获得其包含的心率、呼吸等生理特征信息。为了有效识别BCG信号,还需对信号进行降噪处理,以有效还原BCG信号特征。目前常用的降噪方法为小波变换方法。在压电传感器和信号调理电路处理、转换和降噪的过程中,BCG信号便转化为毫伏级可识别的电压信号,最后将处理好的信号由芯片完成模数转换,在相关处理器的帮助下,将BCG信号的值呈现在显示端,以便于后续计算处理、进行分析评估。

基于“压电式被动传感技术”为核心的BCG传感设备能精准感知人体在静息或睡眠场景下的心脏与呼吸胸腹振动力,测量心搏间期、呼吸等重要生命体征信号。如果借助心搏间期及呼吸波动特征提取与建模技术,还可实现非接触场景下的阻塞性、中枢性睡眠呼吸暂停事件检测,真正做到未雨绸缪,在疾病发生之前对健康状况实时监测。

毫米波雷达磨刀霍霍
除了BCG以外,毫米波雷达也可以用作非接触式生命体征传感技术,对人们的健康状态进行监测。毫米波雷达的工作原理是向外界发射电磁波,其路径中的任何物体都会将信号反射回去。通过捕获和处理反射信号,雷达系统可以确定物体的距离、速度和角度。由于波长较短,毫米波雷达的精度极高,能够侦测到亚毫米级的细微动作,如呼吸、心跳引起的人体微动等。更重要的是,毫米波雷达由于不会采集任何影像信息等敏感数据,因此特别适合在对隐私要求较高的居家环境中使用。这种灵敏度高、非接接触式、抗干扰性强、不侵犯隐私的技术路线,在居家健康监测、智慧康养等市场的应用前景十分广阔。

安富利开发出了一款基于毫米波雷达的生命体征监测解决方案。该解决方案可集成到床头灯中,利用内置的毫米波雷达,以非接触式的方式检测呼吸、心跳、打鼾等生命体征,可广泛应用于婴幼儿监护、睡眠质量监测、老年人养老护理等场景。这款由安富利设计的生命体征监测解决方案搭载了英飞凌的毫米波雷达以及恩智浦的微控制器等核心器件,具有高性能和低功耗的特性。未来,安富利将充分发挥自身优势,积极投身于产业链上下游的深度合作,携手业内伙伴共同发力,为智慧健康医疗事业的发展作出更大贡献。

医疗物联网的“神经末梢”
在医用监测产品中,各类型监护仪比比皆是,可大型医疗设备终究有太多应用场景无法触达,而这就为家用型生命体征传感设备提供了充足的发展空间。而在5G、人工智能等相关技术的加持下,家用型非接触式生命体征传感设备有望成为医疗物联网的“神经末梢”,补充完善监测产品触达的临床场景。这将使得万千用户即便身处医院之外,也可建立个性化健康模型,实现全生命周期的健康管理。而类似BCG设备、基于毫米波雷达的健康状态监测设备等无感知、轻管理的终端产品,也势必将在未来的智能传感、智慧生活、智慧医疗浪潮中占据一席之地。