傳感器技術(shù)在醫(yī)療領(lǐng)域的使用中正發(fā)揮著其重要的作用。

 

利用傳感器技術(shù)，植入型醫(yī)療設(shè)備將獲得更強(qiáng)大的功能，新型觀察方式通過對(duì)患者行動(dòng)和方位進(jìn)行觀測(cè)，可以為患者朋友們帶來更加自由的生活，比如目前使用的心率管理（CRM）、手術(shù)儀器定位、侵入式和非侵入式壓力測(cè)量等。如果將傳感器的信號(hào)與其他檢測(cè)方式的結(jié)果結(jié)合之后來觀察，就能有效防止病癥的惡化。

 

傳感器在醫(yī)療健康行業(yè)的另一個(gè)重要應(yīng)用是進(jìn)行非接觸式生命體征監(jiān)測(cè)。非接觸式生命體征監(jiān)測(cè)目前已經(jīng)開始應(yīng)用在睡眠分析、老年患者護(hù)理監(jiān)測(cè)等場(chǎng)景，是經(jīng)濟(jì)實(shí)惠、易使用一種健康觀察手段。

 

1需求

 

人類的生命體征能傳遞大量的個(gè)人健康信息，但是，長(zhǎng)期監(jiān)測(cè)心跳節(jié)律、體溫、呼吸、睡眠中軀體運(yùn)動(dòng)等等，通常不容易實(shí)現(xiàn)，因?yàn)榇┐魇降臏y(cè)量，會(huì)讓人感到不舒適、不方便，甚至帶來附加心理壓力。

 

在日趨老齡化的社會(huì)中，護(hù)理老人時(shí)，防跌落是主要的關(guān)注點(diǎn)，雖然目前已有多種解決方案，但是如果能同時(shí)監(jiān)測(cè)心率、呼吸頻率和各種活動(dòng)等生命體征，會(huì)有助于深入地了解個(gè)人健康狀況，也可為護(hù)士提供防跌落警報(bào)。

 

近年來，各種活動(dòng)追蹤器以及類似的儀器將睡眠分析引入了消費(fèi)市場(chǎng)。睡眠分析中使用的多導(dǎo)睡眠監(jiān)測(cè)（PSG）是睡眠分析的“金標(biāo)準(zhǔn)”，然而，市場(chǎng)上的睡眠分析儀器并不能為類似PSG這類儀器提供足夠精確的生命體征數(shù)據(jù)來進(jìn)行睡眠分析。

 

2挑戰(zhàn)

 

從技術(shù)角度來分析，非接觸式生命體征監(jiān)測(cè)也面對(duì)很多挑戰(zhàn)，其中主要包括：

 

儀器設(shè)備需要小型化

 

必須有良好的信噪比

 

高精度、高穩(wěn)定性

 

低功耗

 

使用無線床鋪傳感器 BCGMCU和壓力傳感元件進(jìn)行，在使用者床上進(jìn)行非侵入式和免維護(hù)的心沖擊圖（BCG）檢測(cè)，是目前生命體征監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域的一個(gè)熱門話題。

 

3 BCG的在床監(jiān)測(cè)應(yīng)用

 

監(jiān)測(cè)心臟的功能，目前存在多種方法。人們常聽說的是心電圖（ECG），ECG揭示的是心臟的心電功能；另外，心臟病專家可以同時(shí)用超聲波監(jiān)測(cè)瓣膜的操作和流量，用血壓測(cè)量觀測(cè)心跳產(chǎn)生的血壓或壓力波。心電圖的優(yōu)點(diǎn)是可以檢測(cè)到心臟電操作中的故障，如心律失常、信號(hào)延遲或阻滯、異常極化或去極化等；它的局限性包括對(duì)附加電極的要求和缺乏心臟真正泵送的信息。

 

心沖擊信號(hào)圖（BCG）監(jiān)測(cè)心臟功能則沒有ECG的上述局限。心沖擊信號(hào)是血液流入主動(dòng)脈、主動(dòng)脈旋轉(zhuǎn)和血壓脈沖持續(xù)進(jìn)入動(dòng)脈引起的反沖信號(hào)。該運(yùn)動(dòng)主要沿著身體的縱向軸線，加速度幅度通常為1mg（1cm／s2）的量級(jí)。典型的BCG信號(hào)如下圖所示。

 

典型的BCG信號(hào)

 

心沖擊圖（BCG）的優(yōu)勢(shì)在于其測(cè)量反應(yīng)的是心臟的機(jī)械泵送過程，信號(hào)能夠給出每一次心跳的時(shí)間和相對(duì)泵送量。另一方面，BCG的傳感器可以安裝在使用者床上，是非侵入性和免維護(hù)的，這種方式適合長(zhǎng)期和夜間測(cè)量。因此，它還是測(cè)量康復(fù)狀態(tài)和睡眠質(zhì)量的極好工具，還可以揭示潛在的睡眠呼吸暫停或夜間心律失常。

 

將床上的BCG測(cè)量值與手鐲式日間脈博（BPW）測(cè)量值結(jié)合，就可以做到24/7監(jiān)測(cè)使用者的心臟和自主神經(jīng)系統(tǒng)的狀態(tài)。BPW也屬于非侵入式的測(cè)量工具，用于監(jiān)測(cè)心臟和血管的功能。

 

有了這樣組合的方案，非侵入式生命體征監(jiān)測(cè)就能夠應(yīng)用到各種不同需求的場(chǎng)景。

 

良好的睡眠對(duì)每個(gè)人預(yù)防各種各樣的疾病和延長(zhǎng)壽命都很重要。積極的影響不僅限于與心臟或血管功能有關(guān)的情況，良好的睡眠還有助于人們的精神健康，甚至預(yù)防癌癥。

 

對(duì)于老年人而言，需要持續(xù)監(jiān)測(cè)生命體征，無論是在家庭和老年護(hù)理，以提高健康，方便其獨(dú)立生活能力，提高病人的安全監(jiān)護(hù)，同時(shí)還需要節(jié)省醫(yī)院的人工成本，如果病人能夠較早出院并保持在外面的安全的話。

 

對(duì)運(yùn)動(dòng)員來說，恢復(fù)和良好的睡眠是取得良好訓(xùn)練和比賽成績(jī)的決定性因素，最佳的訓(xùn)練和恢復(fù)使運(yùn)動(dòng)員成為頂級(jí)運(yùn)動(dòng)員。

 

心跳和呼吸參數(shù)是一個(gè)人一般狀況和預(yù)期壽命的極好指標(biāo)。它們不僅測(cè)量心臟的狀況，而且通過自主神經(jīng)系統(tǒng)測(cè)量整個(gè)身體的狀況，并指示許多病理狀況，如中風(fēng)測(cè)量。

 

需要指出的是，使用者床層中彈簧常數(shù)和阻尼因子的變化較大，導(dǎo)致不同的信號(hào)振幅和衰減時(shí)間常數(shù)。因此，在床的BCG測(cè)量，對(duì)應(yīng)用中使用的傳感器能力和相應(yīng)的信號(hào)分析能力有著非常高的要求。

 

村田BCG解決方案

 

村田改進(jìn)性能后的第2代BCG解決方案為醫(yī)院、家庭中睡覺的人的狀態(tài)監(jiān)測(cè)開辟了新的可能性?？梢詮恼谒X的人的脈沖、呼吸頻率、呼吸時(shí)間等生物信號(hào)來檢測(cè)人離開床、以及分析睡眠狀態(tài)等。

 

村田BCG解決方案

 

村田BCG解決方案包括兩個(gè)部分：

 

由事先編好程序的微控制器BCGMCU-D01和SCL3300-D01。

 

傾角傳感器構(gòu)成的元件級(jí)解決方案，以及面向軟件解決方案和服務(wù)提供商、OEM系統(tǒng)集成商的產(chǎn)品。

 

BCGMCU-D01

 

村田基于加速度傳感器的心沖擊圖（BCG）傳感器 SCA10/11H的工作原理是：

 

傳感器連接在床上。

 

血液從人體心臟流出時(shí)，全身會(huì)有微小的活動(dòng)，稱之為心沖擊圖信號(hào)。

 

當(dāng)床上有人時(shí)，BCG信號(hào)傳遞到床上。

 

村田加速度傳感器捕獲到這些振動(dòng)，再通過我們的專利算法將加速度傳感器上的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為生命體征數(shù)據(jù)。

 

SCA10H是一個(gè)PCB模塊，內(nèi)置用于BCG算法處理的加速度傳感器和MCU。

 

SCA11H提供WiFi連接，便于集成。

 

村田心沖擊圖（BCG）傳感器SCA10/11H產(chǎn)品特點(diǎn)：

 

每秒報(bào)告一次：

 

心率（bmp）

 

心率變異度（ms）

 

呼吸頻率（次/分鐘）

 

每搏輸出量（A.U）

 

信號(hào)強(qiáng)度（測(cè)量活動(dòng)，A.U）

 

之前檢測(cè)到的精確的呼吸時(shí)間

 

WiFi連接、云端支持

 

支持軟件和簡(jiǎn)單連接，便于集成

 

睡眠分析算法與SCA10/11H數(shù)據(jù)配套使用

 

目前，村田心沖擊圖（BCG）傳感器SCA10/11H產(chǎn)品廣泛應(yīng)用在防跌落和占床監(jiān)測(cè)、長(zhǎng)期篩查生理狀況、睡眠分析、以及身體康復(fù)等應(yīng)用中。

 

來源：村田中文技術(shù)社區(qū)