毫米波采集生命体征的临床应用探索

王泳+李建平

摘 要 本文分析了临床生命体征的重要性及当前医院临床生命体征采集在特殊情况下的问题，阐述了毫米波生物雷达技术的特点。通过该技术进行非接触式生命体征采集研究，用临床测试数据和传统采集方式取得的数据进行对比，分析并总结了此方式的应用效果及优缺点。

关键词 毫米波；生物雷达；生命体征采集

中图分类号 R45 文献标识码 A 文章编号 1674-6708（2016）172-0168-01

生命体征是用来判断病人的病情轻重和危急程度的指征，主要包括心率、脉搏、血压、呼吸、瞳孔和角膜反射的改变等。其中体温、呼吸、脉搏和血压被称为人体四大生命体征。在医院临床诊疗过程中，医护人员不但要全面了解生命体征的意义，还要及时地掌握病人的生命体征的变化，以便及时地采取有效的措施进行救治[ 1 ]。

本文分析了临床生命体征的重要性及当前医院临床生命体征采集在特殊情况下的问题，提出一种临床非接触式采集生命体征方式，作为临床护理生命体征采集和监护的另一种思路和尝试，是临床护理的一次探索和一种新流程的研究。

1 特殊情况临床生命体征采集的难度及问题

在临床护理工作中，目前生命体征检测最常见的方式就是通过电极或者传感器接触人体采集信号，但是对于急诊抢救病人、情绪不稳定病人、大面积烧伤病人等特殊患者，接触式采集生命体征难以及时、直接进行，并且容易对人体施加一定刺激，既给患者造成痛苦，又容易影响检测结果的准确性。

因此，部分临床科室，例如烧伤科、抢救室、重症监护室急需增加非接触式的生命体征监测和采集手段。从近几年国内外在医疗行业物联网投入和物联网手持终端的发展可以看出，基于物联网的体征检测和监测向着更加安全智能化方向发展，进一步减少病人刺激，降低体征数据录入差错率，非接触性生命体征检测和监测未来阶段将会是将来的发展趋势。毫米波生物雷达技术的发展，为临床此类需求的实现提供了技术支持。

2 毫米波技术及其发展

毫米波位于射频高端，超宽带雷达生命探测体质具有较大的相对带宽，毫米波超宽带生物雷达综合运用了雷达技术、电子技术、计算机技术、生物医学工程技术，隔一定厚度的介质（如空气、衣服、墙壁、废墟等）、在不接触人体的条件下提取一定距离上人体微弱生命特征信号（如呼吸、心跳、血流、肠蠕动等），对经人体反射后的回波信号进行解调、积分、放大、滤波等处理，可得到与被测人体生命特征相关的参数。

生物雷达技术近年来发展迅速[ 2 ]，国内进行超宽带雷达研究主要用作传感器来检测运动的目标而作为报警器使用，并提及该体制的雷达能够应用于医学领域。生物雷达的研究主要集中在两个方面：一是研究生命探测，即关注检测区域内是否存在生命，这一方面国内与国外研究进展基本保持同步；二是研究生命体及其器官的活动与探测到的生理信息间的关系，即关注生命体状况。对生命探测研究，包括生物雷达探测方式和生命信号的提取等，已取得较好进展，在临床监护方面具有特殊的应用价值[3]。

3 毫米波技术在临床应用的探索

无锡市第三人民医院采用毫米波技术，对超宽带生物雷达在临床采集生命体征的应用进行了探索。

3.1 系统设计

毫米波生物雷达性能指标：频率24G；探测角度左右70°、上下30°；采样间隔3s；连接方式为串口，波特率：115200；整体电流450mA；功耗2.7W，探测信号功率1W。

整个装置包括雷达天线、毫米波雷达前端、信号检测与处理电路、数据采集与传输电路、串口连接笔记本电脑显示。采集的信号经模拟电路滤波和多级放大后，接入数字处理电路中经后续处理，得到呼吸和心跳的波形，最后传输到电脑显示。

3.2 实验对象

在知情并征得同意的前提下，请无锡市第三人民医院肝胆外科病区5位患者作为测试对象，其中三男两女，平均年龄为47岁，体内无起搏装置。

3.3 实验方法

测试者采用坐姿测试，分别正前方0.5m、0.7m处放置生物雷达，高度与坐姿时人体心脏高度一致，测试开始前测试者先静坐3min，保证测试数据稳定。测试的同时进行接触式心律采集，其数值做为标准值进行比较。

3.4 实验结果

依据测试对象、距离和测试时间不同，测试数据共23组，其中距离0.5m测试17组，获取呼吸和心跳有效数据各211个；距离0.7m测试6组，获取呼吸和心跳有效数据各60个。数据汇总如表1。

3.5 讨论分析

从测试数据可以看出：

1）本文临床测试采集的数据基本达到实验要求，可非接触式连续采集呼吸和心跳的生命体征数值。

2）原理上，心跳引起的体动大大小于呼吸引起的体动，且两者都为低频信号，存在重叠，所以心跳监测难度较大。本次实验，心跳测量值较好符合接触性测量值，和接触性测量值相比较，误差值在正负两端基本呈现平均分布的状态。

3）心跳和呼吸的测量值准确性，和测试距离关系较大，随着距离的增加，误差也快速增加。

4）从测量情况看，在测量过程中，测量对象在静止时测量精度较高，有动作时误差变大，数值波动较大，甚至出现部分数据获取不到的情况，这在两种距离的测量中都出现过。在临床环境中，由于监测对象的位置、角度、体动状态的不可预测性，此方式暂时还不能代替接触式监护，直接应用到临床实际。

4 结论

利用毫米波雷达技术进行非接触方式的生命体征采集，在医院临床进行测试研究，实现了非接触生命体征自动采集的流程，为今后进一步临床应用及推广打下基础。

目前，由于技术限制，在测试过程中，测试对象的距离、角度、状态都会影响测量数据的精确性，现在研究的成果在临床测试误差较大，设备测量精度和环境要求暂时还达不到临床使用标准。

采用毫米波生物雷达技术非接触采集生命体征，目前精度和稳定性还比不上传统接触式生命体征采集，还有很多组件、功能和算法需要继续优化。但随着硬件技术的不断提高和信号处理能力的不断增强，采集的信号经处理会有较好的效果。非接触临床监护作为生物雷达技术的分支领域，由于其非接触、无干扰、无约束等优点，非接触生理监护在未来的临床应用中必然存在广泛的应用前景[4]。

参考文献

[1]路国华，王健琪，杨国胜，等.一种人体生命体征检测的新方法[J].北京生物医学工程，2001，20（4）：275-278.

[2]张杨，焦腾，荆西京，等.生物雷达技术的研究现状与新进展[J].信息化研究，2010（10）：6-10.

[3]拜军，黄德生，张骁，等.基于生物雷达技术的非接触心率检测研究[J].医疗卫生装备，2014，35（3）：10-13.

[4]胡冶，李川涛，祁富贵，等.非接触呼吸与心跳监护装置的研制[J].中国医疗器械杂志，2015，39（4）：244-248.