Фотонная радарная система, которая может удаленно и точно контролировать дыхание

Nature Photonics

Постоянный мониторинг жизненно важных показателей здоровья необходим в различных клинических условиях, таких как отделения интенсивной терапии, для пациентов с критическими состояниями здоровья, мониторинг состояния здоровья в учреждениях по уходу за престарелыми и тюрьмах или в ситуациях мониторинга безопасности, когда сонливость может привести к несчастным случаям.

В настоящее время это в основном достигается с помощью проводных или инвазивных контактных систем. Однако они либо неудобны, либо непригодны для пациентов с ожогами или для младенцев с недостаточной площадью кожи.

Ученые из Института нанотехнологий Сиднейского университета и Сети интеллектуальных датчиков Нового Южного Уэльса разработали систему фотонных радаров , которая позволяет проводить высокоточный неинвазивный мониторинг . Исследование опубликовано в журнале Nature Photonics .

Используя свою недавно разработанную и запатентованную радиолокационную систему, исследователи наблюдали за тростниковыми жабами и могли удаленно точно обнаруживать паузы в дыхании. Система также использовалась на устройствах, имитирующих человеческое дыхание.

Ученые говорят, что это демонстрирует доказательство принципа использования фотонного радара, который может обеспечить мониторинг показателей жизнедеятельности нескольких пациентов с одной централизованной станции.

Проректор Сиднейского университета (по исследованиям) и руководитель этого исследования профессор Бен Эгглтон сказал: «Наш руководящий принцип здесь — преодолеть проблемы комфорта и конфиденциальности, обеспечивая при этом высокоточный мониторинг показателей жизнедеятельности».

Преимуществом этого подхода является возможность обнаружения основных показателей жизнедеятельности на расстоянии, что устраняет необходимость в физическом контакте с пациентами. Это не только повышает комфорт пациента, но и снижает риск перекрестного заражения, что делает его ценным в условиях, где инфекционный контроль имеет решающее значение.

«Фотонный радар использует систему фотоники на основе света, а не традиционную электронику, для генерации, сбора и обработки радиолокационных сигналов. Этот подход позволяет генерировать очень широкополосные радиочастотные ( РЧ ) сигналы, предлагая высокоточное и одновременное множественное отслеживание. предметов», — сказал ведущий автор Ziqian Zhang, доктор философии. студент физического факультета.

«Наша система объединила этот подход с LiDAR — обнаружение света и определение дальности. Этот гибридный подход предоставил систему обнаружения основных показателей жизнедеятельности с разрешением до шести миллиметров и точностью на уровне микрометра. Это подходит для клинических условий».

Альтернативные подходы к бесконтактному мониторингу обычно основаны на оптических датчиках с использованием камер инфракрасного и видимого диапазона длин волн.

«Системы на основе камер имеют две проблемы. Одна из них — высокая чувствительность к изменениям условий освещения и цвета кожи. Другая — конфиденциальность пациентов, когда изображения пациентов с высоким разрешением записываются и хранятся в инфраструктуре облачных вычислений», — сказал профессор Эгглтон, который также является содиректором сети интеллектуальных датчиков штата Новый Южный Уэльс.

Технология радиочастотного (РЧ) обнаружения позволяет удаленно отслеживать основные показатели жизнедеятельности без необходимости визуальной записи, обеспечивая встроенную защиту конфиденциальности. Анализ сигналов, включая идентификацию сигнатур работоспособности, может выполняться без необходимости облачного хранения информации.

Обычные РЧ-радарные системы, полностью основанные на электронике, имеют узкую РЧ-полосу пропускания и, следовательно, более низкое разрешение по дальности. Это означает, что они не могут разделять близко расположенные цели или различать их в загроможденной среде.

Опора исключительно на LiDAR, который использует гораздо более короткие световые волны, обеспечивает улучшенную дальность и разрешение, но имеет ограниченные возможности проникновения через такие предметы, как одежда.

Работая с сотрудниками и партнерами в NSW Smart Sensing Network, исследователи надеются, что это исследование обеспечит платформу для разработки экономически эффективной системы мониторинга показателей жизнедеятельности с высоким разрешением и быстрым откликом для применения в больницах и исправительных службах.

Подробнее: Ziqian Zhang et al, Photonic radar for contactless vital sign detection, Nature Photonics (2023). DOI: 10.1038/s41566-023-01245-6 🔗