毫米波采集生命體征的臨床應用探索

王泳+李建平

摘 要 本文分析了臨床生命體征的重要性及當前醫院臨床生命體征采集在特殊情況下的問題，闡述了毫米波生物雷達技術的特點。通過該技術進行非接觸式生命體征采集研究，用臨床測試數據和傳統采集方式取得的數據進行對比，分析并總結了此方式的應用效果及優缺點。

關鍵詞 毫米波；生物雷達；生命體征采集

中圖分類號 R45 文獻標識碼 A 文章編號 1674-6708（2016）172-0168-01

生命體征是用來判斷病人的病情輕重和危急程度的指征，主要包括心率、脈搏、血壓、呼吸、瞳孔和角膜反射的改變等。其中體溫、呼吸、脈搏和血壓被稱為人體四大生命體征。在醫院臨床診療過程中，醫護人員不但要全面了解生命體征的意義，還要及時地掌握病人的生命體征的變化，以便及時地采取有效的措施進行救治[ 1 ]。

本文分析了臨床生命體征的重要性及當前醫院臨床生命體征采集在特殊情況下的問題，提出一種臨床非接觸式采集生命體征方式，作為臨床護理生命體征采集和監護的另一種思路和嘗試，是臨床護理的一次探索和一種新流程的研究。

1 特殊情況臨床生命體征采集的難度及問題

在臨床護理工作中，目前生命體征檢測最常見的方式就是通過電極或者傳感器接觸人體采集信號，但是對于急診搶救病人、情緒不穩定病人、大面積燒傷病人等特殊患者，接觸式采集生命體征難以及時、直接進行，并且容易對人體施加一定刺激，既給患者造成痛苦，又容易影響檢測結果的準確性。

因此，部分臨床科室，例如燒傷科、搶救室、重癥監護室急需增加非接觸式的生命體征監測和采集手段。從近幾年國內外在醫療行業物聯網投入和物聯網手持終端的發展可以看出，基于物聯網的體征檢測和監測向著更加安全智能化方向發展，進一步減少病人刺激，降低體征數據錄入差錯率，非接觸性生命體征檢測和監測未來階段將會是將來的發展趨勢。毫米波生物雷達技術的發展，為臨床此類需求的實現提供了技術支持。

2 毫米波技術及其發展

毫米波位于射頻高端，超寬帶雷達生命探測體質具有較大的相對帶寬，毫米波超寬帶生物雷達綜合運用了雷達技術、電子技術、計算機技術、生物醫學工程技術，隔一定厚度的介質（如空氣、衣服、墻壁、廢墟等）、在不接觸人體的條件下提取一定距離上人體微弱生命特征信號（如呼吸、心跳、血流、腸蠕動等），對經人體反射后的回波信號進行解調、積分、放大、濾波等處理，可得到與被測人體生命特征相關的參數。

生物雷達技術近年來發展迅速[ 2 ]，國內進行超寬帶雷達研究主要用作傳感器來檢測運動的目標而作為報警器使用，并提及該體制的雷達能夠應用于醫學領域。生物雷達的研究主要集中在兩個方面：一是研究生命探測，即關注檢測區域內是否存在生命，這一方面國內與國外研究進展基本保持同步；二是研究生命體及其器官的活動與探測到的生理信息間的關系，即關注生命體狀況。對生命探測研究，包括生物雷達探測方式和生命信號的提取等，已取得較好進展，在臨床監護方面具有特殊的應用價值[3]。

3 毫米波技術在臨床應用的探索

無錫市第三人民醫院采用毫米波技術，對超寬帶生物雷達在臨床采集生命體征的應用進行了探索。

3.1 系統設計

毫米波生物雷達性能指標：頻率24G；探測角度左右70°、上下30°；采樣間隔3s；連接方式為串口，波特率：115200；整體電流450mA；功耗2.7W，探測信號功率1W。

整個裝置包括雷達天線、毫米波雷達前端、信號檢測與處理電路、數據采集與傳輸電路、串口連接筆記本電腦顯示。采集的信號經模擬電路濾波和多級放大后，接入數字處理電路中經后續處理，得到呼吸和心跳的波形，最后傳輸到電腦顯示。

3.2 實驗對象

在知情并征得同意的前提下，請無錫市第三人民醫院肝膽外科病區5位患者作為測試對象，其中三男兩女，平均年齡為47歲，體內無起搏裝置。

3.3 實驗方法

測試者采用坐姿測試，分別正前方0.5m、0.7m處放置生物雷達，高度與坐姿時人體心臟高度一致，測試開始前測試者先靜坐3min，保證測試數據穩定。測試的同時進行接觸式心律采集，其數值做為標準值進行比較。

3.4 實驗結果

依據測試對象、距離和測試時間不同，測試數據共23組，其中距離0.5m測試17組，獲取呼吸和心跳有效數據各211個；距離0.7m測試6組，獲取呼吸和心跳有效數據各60個。數據匯總如表1。

3.5 討論分析

從測試數據可以看出：

1）本文臨床測試采集的數據基本達到實驗要求，可非接觸式連續采集呼吸和心跳的生命體征數值。

2）原理上，心跳引起的體動大大小于呼吸引起的體動，且兩者都為低頻信號，存在重疊，所以心跳監測難度較大。本次實驗，心跳測量值較好符合接觸性測量值，和接觸性測量值相比較，誤差值在正負兩端基本呈現平均分布的狀態。

3）心跳和呼吸的測量值準確性，和測試距離關系較大，隨著距離的增加，誤差也快速增加。

4）從測量情況看，在測量過程中，測量對象在靜止時測量精度較高，有動作時誤差變大，數值波動較大，甚至出現部分數據獲取不到的情況，這在兩種距離的測量中都出現過。在臨床環境中，由于監測對象的位置、角度、體動狀態的不可預測性，此方式暫時還不能代替接觸式監護，直接應用到臨床實際。

4 結論

利用毫米波雷達技術進行非接觸方式的生命體征采集，在醫院臨床進行測試研究，實現了非接觸生命體征自動采集的流程，為今后進一步臨床應用及推廣打下基礎。

目前，由于技術限制，在測試過程中，測試對象的距離、角度、狀態都會影響測量數據的精確性，現在研究的成果在臨床測試誤差較大，設備測量精度和環境要求暫時還達不到臨床使用標準。

采用毫米波生物雷達技術非接觸采集生命體征，目前精度和穩定性還比不上傳統接觸式生命體征采集，還有很多組件、功能和算法需要繼續優化。但隨著硬件技術的不斷提高和信號處理能力的不斷增強，采集的信號經處理會有較好的效果。非接觸臨床監護作為生物雷達技術的分支領域，由于其非接觸、無干擾、無約束等優點，非接觸生理監護在未來的臨床應用中必然存在廣泛的應用前景[4]。

參考文獻

[1]路國華，王健琪，楊國勝，等.一種人體生命體征檢測的新方法[J].北京生物醫學工程，2001，20（4）：275-278.

[2]張楊，焦騰，荊西京，等.生物雷達技術的研究現狀與新進展[J].信息化研究，2010（10）：6-10.

[3]拜軍，黃德生，張驍，等.基于生物雷達技術的非接觸心率檢測研究[J].醫療衛生裝備，2014，35（3）：10-13.

[4]胡冶，李川濤，祁富貴，等.非接觸呼吸與心跳監護裝置的研制[J].中國醫療器械雜志，2015，39（4）：244-248.