Sigara içilmeyen Kalp Hız İzleme Cihazlarının Geliştirme Radar Teknolojisi Kullanımı

Sağlık teknolojisindeki ilerlemeler, kalp dışı kalp hızı izleme için radar teknolojisi kullanımı ile ilgili olarak, kalp içi basıncının belirlenmesi ve hatta geleneksel elektrokartların ortaya çıkmasının nedeni ile vücut yüzeyindeki mekanik hareketleri tespit etme yeteneğinden yararlanılmıştır.

Gerçek bir tıbbi cihaz için laboratuvar merakından gelen yolculuk, radar donanım miniaturizasyon, sinyal işleme algoritmaları ve makine öğreniminin ilerlemeleri tarafından yönlendirildi. Bugün, birkaç ticari ürün tıbbi kullanım için yasal izin aldı ve devam eden araştırma, doğrularını geliştirmeye ve uygulamalarını genişletmeye devam ediyor.

Radar-Based Heart Rate İzleme İzlemesini Anlamak

Sağlıkta Radar teknolojisi basit ama güçlü bir prensip üzerinde çalışır: elektromanyetik dalgalar hareket objeleri tarafından yansıtılır ve bu hareketle yansıyan dalga kod bilgilerinin özellikleridir. Kalp hızı izleme bağlamında, hareket nesnesi, yaklaşık 0,5– ile yer alan göğüs duvarıdır; her kalp atışı ile 1,5 milimetredir.

Çoğu modern radar kalbi hız monitörü mikrodalga frekansı aralığında çalışır, genellikle 2.4 GHz ve 10 GHz arasında veya ultra geniş bant (UWB) frekansları. Bu frekanslar, daha düşük güç seviyelerinde sürekli insan maruziyeti için güvenli iken, daha fazla aşırı hareket eder (örneğin, frekans bandın derinliği, uzaysal çözünürlüğü ve hareket etmeye duyarlıdır. Örneğin, daha yüksek frekanslar daha iyi bir karar verir, ancak daha düşük frekanslar engeller tarafından daha derinleşirken daha fazla kesintiye uğrayabilir, ancak daha fazla fazla fazla ekstra hareket edebilir.

Doppler Radar vs. FMCW vs. UWB

Üç birincil radar mimarisi hayati işaret izleme için kullanılır: sürekli dalga (CW) Doppler radarı, frekans ayarlı sürekli dalga (FMCW) radarı ve ultra geniş bant (UWB) dürtü radarı her biri farklı güçlü ve ticari devreler vardır.

  • [FONT:0]Continuous-Wave Doppler Radar), yansıma ve kalp atışlarından gelen tek frekans sinyalini ve kalp atışlarını doğrudan ölçemez. Basit, düşük maliyetli ve güç verimli, kompakt tüketici cihazları için uygun hale getirir.
  • [FONT:0]Frequency-Modated Sürekli-Wave (FMCW) Radar), zaman boyunca frekansına süpürüyor, hem de mesafelerinin hızlarını ölçmek için cihazın her iki katına çıkmasına izin veriyor.Bu seri çözüm, diğer hareketli nesnelerden ayrı ayrı tutmanıza yardımcı oluyor (örneğin, tavan fanı veya bir evcil hayvan). FMCW sistemleri daha karmaşıktır, ancak daha iyi bir sabit parçalama ve aynı anda birden çok insanı izlemesine izin verebilir.
  • [UWB) Impulse Radar) çok kısa puls (picosans to nanosaniyeler) geniş spektrumda analiz edilir.Komşulluk testi genellikle zaman içinde analiz edilir ve yüksek aralık tespiti (centimeters) ve çok küçük bir yerinden edilme yeteneği çok kısa bir darbe girişimi reddetme ve kalp oranını kalın duvarlar veya yataklarla takip edebilir.

Radar türünden bağımsız olarak, ham sinyal temiz bir kalp hızı dalgaformunu çıkarmak için işlenmelidir. göğsün küçük amplitüdünün küçük amplitüdü (0.5–1.5 mm) faz değişikliği, yansımalı sinyalde birkaç derece için işlem yapılır, hassas analog uçları ve yüksek çözünürlüklü analog-dijital dönüştürücüleri gerektiren. Kalp frekansının yüksek frekans algılaması genellikle çok daha büyük bir solunum sinyaline (esmete 4– 12 mm).

Radar tabanlı cihazların avantajları

Radar tabanlı kalp hızı monitörleri, ECG yamaları, göğüs yastıkları, oximeters ve fotoplethysmography (PPG) gibi iletişim tabanlı alternatifler üzerinde zorlayıcı faydalar sunar. Bu avantajlar, hasta konforları, hijyen ve uzun vadeli aşınmanın öncelikleri olduğu senaryolarda özellikle değerli hale getirir.

  • [FONT:0] Hayır-İlginç ve İletişimsiz: Hiçbir elektrot, jel veya çanta derisine dokunur. Bu, tahriş, alerjik reaksiyonları ortadan kaldırır ve yapıştırıcı yamalarının değiştirilmesi veya değiştirilmesine ihtiyaç duyar.
  • [FONT:0)Kontinuous İzleme: [Dönetici:[Dönetici: 0) Radar, konuyu rahatsız etmeden 7/24 çalışabilir. Uyku izleme, neonatal yoğun bakım (kökün kırılgan cilt yapıştırıcıları tolere edemez), ve hastaların uzun süreli gözlemleri atrial fibrillation veya kalp yetmezliği gibi.
  • [FONT:0]Hygienic:[Dönetici:[Dönetici: 0 ) Fiziksel bir iletişim yoktur, çapraz-kontaminasyon veya hastane-kuvvetli enfeksiyonlar azaltılır. Bu, yanık birimlerde kritiktir, izolasyon wards ve enfeksiyöz hastalık salgınları sırasında grip veya akciğer veya akciğer-suçlu hastalıklarda kritiktir.
  • [FONT:0)Versatile Kurulum:[Dönetici:[Dönetici:0) Bir duvar, tavan, yatak çerçevesi veya sandalyede yerleştirilebilir, herhangi bir şey giyme veya tutma konusu gerektirmez, giyilebilir sensörlerle veya bilişsel bozulmalara uygun hale getirir.
  • [FONT:0]Privacy-Preserving: Kameraya dayalı olmayan temas dışı yöntemler (örneğin, uzaktan PPG bir video kamera kullanarak), radar herhangi bir görsel bilgi yakalamaz. Sistem sadece kayıt imzaları, hastane odalarında veya evlerde ortaya çıkabilecek gizlilik endişeleri ele alır.

Bu avantajlar özel ortamlarda kabul edilir. Örneğin, radar tabanlı monitörler artık bazı hastanelerde kalp oranını takip etmek ve MRG altındaki hastalarda yenidenrasyon (varız ve kablolar RF güvenlik tehlikelerini oluşturabilir). Ayrıca, araba kabinlerinde sürücüyü tespit etmek için akıllı yatakları da dahil edilir.

Uygulamaları ve Klinik Çalışmalar

Radar kalp hızı izlemenin yanlışlığı, akut bakım, kronik hastalık yönetimi, sağlık ve güvenlik ile ilgili geniş bir uygulama yelpazesine yol açtı. Aşağıda son araştırma ve ürün geliştirme tarafından desteklenen birkaç temel kullanım vakası inceleyeceğiz.

Hastane ve Klinik Ayarlar

Hastanelerde, sürekli olarak hayati işaretlerin izlenmesi, erken bir bozulma tespiti için önemlidir. Ancak, geleneksel telli monitörler hasta hareketliliği kısıtlayabilir ve biyomedikal Mühendisliği ile cilt bozulmasına neden olabilir.Kaplama sistemleri, yüksek çözünürlükte monte edilmiş bir telefonda 2 vücut hareketi nöbetleri veya agAT ile karşılaştırıldığında, 2'den fazla ağrı oranı elde edebilir.Agmetrys on Biomedical Engineering)

Radar özellikle neonatal yoğun bakım birimlerinde avantajlıdır (NICUs). Preterm bebekler yapıştırıcı elektrotlar tarafından zarar görmüş hassas ciltlere sahiptir ve göğüslerinin küçük boyutu, zorlu sensörlerin üstesinden gelebilir.S NICU pilotları düşük güç kullanarak çok az enerjik 5.8 GHz ABS radarı kullanarak doğru kalp atış tespiti, ticari respirasyon monitörlerine kıyasla daha az yanlış alarmlar raporladı.

Uyku İzleme ve Uyku Apnea Tespit

Uyku çalışmaları geleneksel olarak hastanın elektroensefalografi (EEG) ile bağlantılı özel bir laboratuvarda bir gece geçirmesini gerektirir, ECG, naif oximetri ve solunum kemerleri. Bu ortam doğal değildir ve mimariyi bozabilir. Radar tabanlı ev uyku monitörleri, kalp hızı, nefes alma kalıpları ve gece boyunca kalp içi basıncının yanında yerleştirilen bir cihazdan gelen bir çözüm sunar.

Geriatrik Bakım ve Güz Tespiti

Bir eve yüklenen veya yardım edilen bir yaşam tesisine yerleştirilen büyük bireyler kalp oranını izleyebilir ve bir anda hızlı bir şekilde hareket etmeyi gerektirmez.Bir düşüş tespit edildiğinde ve anormal bir kalp oranıyla (örneğin, bradycardia veya tachycardia) eşlik eder ve sistemin otomatik olarak hasta veya acil servislerin işaretlerini izlemesine yardımcı olabilir.

Fitness ve Wellness

Çoğu fitness pisti, PPG (optik) sensörlerini kullanan, radar yakında tüketici sağlığı alanında radarlar girebilecektir. Örneğin, sürücü koltuğunda sürücü koltuğuna sürücü ve acil yanıt sistemi ile entegre edilebilir. Birkaç şirket radar tabanlı akıllı ölçekler ve banyo aynaları için planlar açıkladı.

Afet Yanıtı ve Askeri Tıp Hekimliği

Radar ’ insan hayati işaretlerini rubble veya duvarları aracılığıyla algılama yeteneği, arama ve kurtarma uygulamaları vardır. Portre radar sistemleri kalp atışlarını algılayarak, kalp atışlarını ve nefes almayı algılayabilir, hatta kişi bilinçsiz olduğunda bile. Askeri triage ayrıca faydaları: Bir ilaç kendilerini düşman yangına veya ikincil tehlikelere maruz bırakmadan uzaklık oranları değerlendirebilir.

Meydanlar ve inovasyonlar

Birçok güçlülüğe rağmen, radar tabanlı kalp oranı izleme sınırlamaları sınırlama olmaksızın değildir. birincil zorluklar, diğer hareketli nesnelerden gelen müdahale, belirli koşullarda sınırlı sayıda insanı ayırt etme ve bir odada zorluk çeker. Ancak, donanım ve yazılımdaki yenilikleri hızla aşmaktadır.

Hareket Artifacts

Yatakta dönüş gibi vücut hareketleri, kol jestleri veya hatta derin nefesler mevcut verileri reddetmeleri için daha büyük bir kalp krizinin siparişi olan göğüs yerlerini üretir.Böylece hareketler sırasında, kalp hızı tahminleri uygulanabilir veya tamamen kaybedilebilir. Geleneksel sinyal işleme, onları geri yükleme veya yeniden yapılandırmak için uyarlanabilir filtreler kullanır, ancak bu mevcut verilerin görevinden dolayı kesintiye uğratır.Son makine öğrenme yaklaşımları, özellikle de konvolual bir sinir ağları (CNNs) ve tekrarlanabilir bir optik ağ (RNN) sırasındakileri otomatik olarak kaldırır.

Birden Çok Konunun Ayrılması

İki hastanın birden fazla sakinle bir oda paylaştığı klinik ortamlarda, radar sistemi her kalp atışını doğru kişiye taşımalıdır. FMCW ve UWB radarları, sensörlerinden farklı olarak farklı olarak farklı olarak 30-50 cm'lik bir dizi oluşturabilirler, ancak iki kişi birbirine yakınsa (örneğin, aynı yatakta bir çift), ayrılığı kullanarak farklı bir şekilde takip eden iki eksenli izleme hatasına sahiptir. Gelişmiş kirişli diziler ve çoklu-input çoklu- ⁇ (MIMO) radar teknikleri, farklı sinyallerin açısını tahmin edebilir.

Signal Interference ve Çevre Clutter

ISM (endüstriyel, bilimsel ve tıbbi) gruplar, Wi-Fi ile frekansları paylaşıyor, Bluetooth ve diğer kablosuz cihazlar. Interference, statik arka plan çıkarmanın yanlış sayılmasına veya sinyal bırakmalarına neden olabilir ve bu etkileri ticari ürünlerde azaltır.

Düzenleme ve Gizlilik

Tıbbi-grad radar monitörleri radyo frekansı maruz kalma için sıkı güvenlik standartlarını geçmelidir (örneğin, IEEE C95.1,COM Part 15) ve ABD FDA veya Avrupa MDR gibi ajanslardan düzenleyici izin almak. Çoğu cihaz, yalnızca tanımlanmış bir aralıkta (örneğin, aynı odada) ve yerel olarak bir başka uyarıda bulunan derece düşük seviyelerdeki güç kesintilerini tespit etmek için iyi bir şekilde kullanır.

Future Prospects and integration

Radar kalp hızı izlemenin yolu miniaturizasyona, düşük güç tüketimine ve günlük ortamlara sorunsuz bir şekilde entegrasyona doğru. Birkaç trend önümüzdeki beş ila on yıl içinde tanımlanacaktır.

Smart Home Ekosystems ile entegrasyon

Büyük teknoloji şirketleri radarı akıllı hoparlörler, termostatlar ve ışık anahtarları için bir sensör modality olarak keşfediyor. Google’ Soli radar çipleri (şimdi Pixel 4 telefon ve bazı Nest cihazları) jimleri ve varlığını tespit edebilir. Future iterations, herhangi bir ekipmana dayalı olarak akıllı bir evlerin aydınlatma ve sıcaklık ayarlamasına izin verebilir veya hiçbir kalp atışı tespit edilirse Amazon, radar tabanlı sağlık izleme patentlerini sunar.

Tanıklık için Makine Öğrenme

Mevcut radar kalbi hızları basit bir BPM değeri gösterir. Daha gelişmiş algoritmaları, kalp atış hızının ötesinde sağlık göstergeleri çıkarmak için geliştirilmektedir (HRV) otonomik sinir sistemi fonksiyonunu tespit edebilir ve kalp dışı tıkanıklık veya erken ventrika sözleşmelerini tek başına radar sinyalleriyle yakalayabilir.

Giyilebilir ve On-Body Radar

Odak noktası sabit radar, esnek, düşük profilli radar yamaları vücutta yıpranmış olan bu cihazlar ayrıca bir kol bandında, kalp hızına doğrudan cilt temassız kıyafetlerle kalp basıncı izlemek için de kullanılır. Çünkü radar ve elektrik sensörlerinin konfor sınırlamaları sadece birkaç santimetre daha iyi doğruluk sağlarken. Erken prototipler bir kapsayabilir ve sinyal gücü daha yüksek.

Kombinasyon ve AI, İletişimsiz Kan Basıncı Estimation

Heyecan verici bir sınır radar kullanarak kan basıncı izlememektedir. Kan basıncı tahminleri genellikle iki ölçüm gerektirir: afız transit zaman (PTT) veya nabrasyon zamanı (PAT) ve bir kalibrasyon parametresi. Radar, kalp ve #8217 arasında zaman gecikmesini ölçebilir; elektrik depoları (ECG R-yoğu) ve periferik bir siteye (örneğin, sürekli kan basıncının beş gün boyunca doğrulanması anlamına gelir.

Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç Sonuç

Radar teknolojisini kullanarak temassız kalp oranı, ticari olarak uygulanabilir ve klinik olarak değerli bir araç haline geldi.Spektif olmayan aktiviteleri takip etme yeteneği, yamalar veya hatta farkındalık hastane bakımında yeni olasılıklar açıyor, ev sağlığı, uyku ilacı ve güvenlik izleme, hareket çalışmalarıyla ilgili zorluklarla ilgili olarak, çok yönlü bir algılama alanları, araştırma alanlarının aktif olarak kalması, inovasyonun hızı hızlı bir şekilde gerçekleşiyor. Radar çipleri daha küçük, daha ucuz ve daha verimli hale geliyor, ve makine öğrenimi algoritmaları daha sofistike hale geliyor, radar izlemesi muhtemel bir şekilde, daha da kötü bir şekilde algılanma, güvenli olmayan bir şekilde, güvenli olmayan bir şekilde, güvenli olmayan bir şekilde ziyaretlere yollara yol açıyor.

Teknik ilkeler ve klinik radar hayati işaret izleme konusunda daha fazla okuma için, tıbbi cihazlar için IEEE yayınına atıfta bulun: 0:0) Biyomedikal Mühendisliğinde İşlemler) Biyomedikal Mühendisliği[Döneticileri hakkında bilgi, UWB radarında bulunan değişiklikler hakkında bilgi, Apnea tarama için[Döneticileri için ayrıntılı olarak tanımlanacaktır.