毫米波采集生命體征的臨床應(yīng)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(dāng)前醫(yī)院臨床生命體征采集在特殊情況下的問(wèn)題，闡述了毫米波生物雷達(dá)技術(shù)的特點(diǎn)。通過(guò)該技術(shù)進(jìn)行非接觸式生命體征采集研究，用臨床測(cè)試數(shù)據(jù)和傳統(tǒng)采集方式取得的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，分析并總結(jié)了此方式的應(yīng)用效果及優(yōu)缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞 毫米波；生物雷達(dá)；生命體征采集

中圖分類(lèi)號(hào) R45 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼 A 文章編號(hào) 1674-6708（2016）172-0168-01

生命體征是用來(lái)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(chēng)為人體四大生命體征。在醫(yī)院臨床診療過(guò)程中，醫(yī)護(hù)人員不但要全面了解生命體征的意義，還要及時(shí)地掌握病人的生命體征的變化，以便及時(shí)地采取有效的措施進(jìn)行救治[ 1 ]。

本文分析了臨床生命體征的重要性及當(dāng)前醫(yī)院臨床生命體征采集在特殊情況下的問(wèn)題，提出一種臨床非接觸式采集生命體征方式，作為臨床護(hù)理生命體征采集和監(jiān)護(hù)的另一種思路和嘗試，是臨床護(hù)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(wèn)題

在臨床護(hù)理工作中，目前生命體征檢測(cè)最常見(jiàn)的方式就是通過(guò)電極或者傳感器接觸人體采集信號(hào)，但是對(duì)于急診搶救病人、情緒不穩(wěn)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(shí)、直接進(jìn)行，并且容易對(duì)人體施加一定刺激，既給患者造成痛苦，又容易影響檢測(cè)結(jié)果的準(zhǔn)確性。

因此，部分臨床科室，例如燒傷科、搶救室、重癥監(jiān)護(hù)室急需增加非接觸式的生命體征監(jiān)測(cè)和采集手段。從近幾年國(guó)內(nèi)外在醫(yī)療行業(yè)物聯(lián)網(wǎng)投入和物聯(lián)網(wǎng)手持終端的發(fā)展可以看出，基于物聯(lián)網(wǎng)的體征檢測(cè)和監(jiān)測(cè)向著更加安全智能化方向發(fā)展，進(jìn)一步減少病人刺激，降低體征數(shù)據(jù)錄入差錯(cuò)率，非接觸性生命體征檢測(cè)和監(jiān)測(cè)未來(lái)階段將會(huì)是將來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)。毫米波生物雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，為臨床此類(lèi)需求的實(shí)現(xiàn)提供了技術(shù)支持。

2 毫米波技術(shù)及其發(fā)展

毫米波位于射頻高端，超寬帶雷達(dá)生命探測(cè)體質(zhì)具有較大的相對(duì)帶寬，毫米波超寬帶生物雷達(dá)綜合運(yùn)用了雷達(dá)技術(shù)、電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、生物醫(yī)學(xué)工程技術(shù)，隔一定厚度的介質(zhì)（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(hào)（如呼吸、心跳、血流、腸蠕動(dòng)等），對(duì)經(jīng)人體反射后的回波信號(hào)進(jìn)行解調(diào)、積分、放大、濾波等處理，可得到與被測(cè)人體生命特征相關(guān)的參數(shù)。

生物雷達(dá)技術(shù)近年來(lái)發(fā)展迅速[ 2 ]，國(guó)內(nèi)進(jìn)行超寬帶雷達(dá)研究主要用作傳感器來(lái)檢測(cè)運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)而作為報(bào)警器使用，并提及該體制的雷達(dá)能夠應(yīng)用于醫(yī)學(xué)領(lǐng)域。生物雷達(dá)的研究主要集中在兩個(gè)方面：一是研究生命探測(cè)，即關(guān)注檢測(cè)區(qū)域內(nèi)是否存在生命，這一方面國(guó)內(nèi)與國(guó)外研究進(jìn)展基本保持同步；二是研究生命體及其器官的活動(dòng)與探測(cè)到的生理信息間的關(guān)系，即關(guān)注生命體狀況。對(duì)生命探測(cè)研究，包括生物雷達(dá)探測(cè)方式和生命信號(hào)的提取等，已取得較好進(jìn)展，在臨床監(jiān)護(hù)方面具有特殊的應(yīng)用價(jià)值[3]。

3 毫米波技術(shù)在臨床應(yīng)用的探索

無(wú)錫市第三人民醫(yī)院采用毫米波技術(shù)，對(duì)超寬帶生物雷達(dá)在臨床采集生命體征的應(yīng)用進(jìn)行了探索。

3.1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

毫米波生物雷達(dá)性能指標(biāo)：頻率24G；探測(cè)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(cè)信號(hào)功率1W。

整個(gè)裝置包括雷達(dá)天線(xiàn)、毫米波雷達(dá)前端、信號(hào)檢測(cè)與處理電路、數(shù)據(jù)采集與傳輸電路、串口連接筆記本電腦顯示。采集的信號(hào)經(jīng)模擬電路濾波和多級(jí)放大后，接入數(shù)字處理電路中經(jīng)后續(xù)處理，得到呼吸和心跳的波形，最后傳輸?shù)诫娔X顯示。

3.2 實(shí)驗(yàn)對(duì)象

在知情并征得同意的前提下，請(qǐng)無(wú)錫市第三人民醫(yī)院肝膽外科病區(qū)5位患者作為測(cè)試對(duì)象，其中三男兩女，平均年齡為47歲，體內(nèi)無(wú)起搏裝置。

3.3 實(shí)驗(yàn)方法

測(cè)試者采用坐姿測(cè)試，分別正前方0.5m、0.7m處放置生物雷達(dá)，高度與坐姿時(shí)人體心臟高度一致，測(cè)試開(kāi)始前測(cè)試者先靜坐3min，保證測(cè)試數(shù)據(jù)穩(wěn)定。測(cè)試的同時(shí)進(jìn)行接觸式心律采集，其數(shù)值做為標(biāo)準(zhǔn)值進(jìn)行比較。

3.4 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

依據(jù)測(cè)試對(duì)象、距離和測(cè)試時(shí)間不同，測(cè)試數(shù)據(jù)共23組，其中距離0.5m測(cè)試17組，獲取呼吸和心跳有效數(shù)據(jù)各211個(gè)；距離0.7m測(cè)試6組，獲取呼吸和心跳有效數(shù)據(jù)各60個(gè)。數(shù)據(jù)匯總?cè)绫?。

3.5 討論分析

從測(cè)試數(shù)據(jù)可以看出：

1）本文臨床測(cè)試采集的數(shù)據(jù)基本達(dá)到實(shí)驗(yàn)要求，可非接觸式連續(xù)采集呼吸和心跳的生命體征數(shù)值。

2）原理上，心跳引起的體動(dòng)大大小于呼吸引起的體動(dòng)，且兩者都為低頻信號(hào)，存在重疊，所以心跳監(jiān)測(cè)難度較大。本次實(shí)驗(yàn)，心跳測(cè)量值較好符合接觸性測(cè)量值，和接觸性測(cè)量值相比較，誤差值在正負(fù)兩端基本呈現(xiàn)平均分布的狀態(tài)。

3）心跳和呼吸的測(cè)量值準(zhǔn)確性，和測(cè)試距離關(guān)系較大，隨著距離的增加，誤差也快速增加。

4）從測(cè)量情況看，在測(cè)量過(guò)程中，測(cè)量對(duì)象在靜止時(shí)測(cè)量精度較高，有動(dòng)作時(shí)誤差變大，數(shù)值波動(dòng)較大，甚至出現(xiàn)部分?jǐn)?shù)據(jù)獲取不到的情況，這在兩種距離的測(cè)量中都出現(xiàn)過(guò)。在臨床環(huán)境中，由于監(jiān)測(cè)對(duì)象的位置、角度、體動(dòng)狀態(tài)的不可預(yù)測(cè)性，此方式暫時(shí)還不能代替接觸式監(jiān)護(hù)，直接應(yīng)用到臨床實(shí)際。

4 結(jié)論

利用毫米波雷達(dá)技術(shù)進(jìn)行非接觸方式的生命體征采集，在醫(yī)院臨床進(jìn)行測(cè)試研究，實(shí)現(xiàn)了非接觸生命體征自動(dòng)采集的流程，為今后進(jìn)一步臨床應(yīng)用及推廣打下基礎(chǔ)。

目前，由于技術(shù)限制，在測(cè)試過(guò)程中，測(cè)試對(duì)象的距離、角度、狀態(tài)都會(huì)影響測(cè)量數(shù)據(jù)的精確性，現(xiàn)在研究的成果在臨床測(cè)試誤差較大，設(shè)備測(cè)量精度和環(huán)境要求暫時(shí)還達(dá)不到臨床使用標(biāo)準(zhǔn)。

采用毫米波生物雷達(dá)技術(shù)非接觸采集生命體征，目前精度和穩(wěn)定性還比不上傳統(tǒng)接觸式生命體征采集，還有很多組件、功能和算法需要繼續(xù)優(yōu)化。但隨著硬件技術(shù)的不斷提高和信號(hào)處理能力的不斷增強(qiáng)，采集的信號(hào)經(jīng)處理會(huì)有較好的效果。非接觸臨床監(jiān)護(hù)作為生物雷達(dá)技術(shù)的分支領(lǐng)域，由于其非接觸、無(wú)干擾、無(wú)約束等優(yōu)點(diǎn)，非接觸生理監(jiān)護(hù)在未來(lái)的臨床應(yīng)用中必然存在廣泛的應(yīng)用前景[4]。

參考文獻(xiàn)

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[4]胡冶，李川濤，祁富貴，等.非接觸呼吸與心跳監(jiān)護(hù)裝置的研制[J].中國(guó)醫(yī)療器械雜志，2015，39（4）：244-248.