Автор: Linpowave Technology Team | Опубликовано: октябрь 2025 г.
Абстрактный
Бесконтактный мониторинг жизненно важных показателей становится всё более важным в здравоохранении, домашнем уходе и создании «умной» мебели. Исследование, опубликованное в журнале Nature Scientific Reports (2024), показало, что радар миллиметрового диапазона (мм-волны) в сочетании с алгоритмом DR-MUSIC позволяет измерять частоту сердечных сокращений с погрешностью менее 3% и частоту дыхания с погрешностью менее 4%. В данной статье рассматриваются эти результаты и рассматривается, как технология Linpowave может применяться в практическом применении радара миллиметрового диапазона. В статье также представлены рекомендации по внедрению, оптимизации и практическому применению в больницах, домах и решениях для «умной» мебели.
Введение
Потребность в точном бесконтактном мониторинге растёт по мере старения населения и роста распространённости хронических заболеваний. Устройства, требующие контакта, такие как ЭКГ-накладки или наручные мониторы, могут вызывать дискомфорт, снижать комплаентность и нести риск инфицирования. Оптические и инфракрасные датчики не допускают контакта, но часто неэффективны при тусклом освещении, в тени или когда одежда закрывает тело.
Радар миллиметрового диапазона регистрирует микродвижения грудной клетки, вызванные сердцебиением и дыханием. Исследование, опубликованное в журнале Nature Scientific Reports, подтвердило, что сочетание алгоритмов DR-MUSIC с медианной фильтрацией обеспечивает надежные измерения для людей с разным телосложением и в разных условиях. Linpowave, развивая эту работу, предлагает практические способы применения радара миллиметрового диапазона в реальных условиях с сохранением точности и надежности.
Технические принципы
Обнаружение сигнала
Радар миллиметрового диапазона работает, излучая непрерывные частотно-модулированные волны и улавливая отраженные сигналы от небольших движений грудной клетки. Эти отражения создают сдвиги частоты, которые отражают частоту сердцебиения и дыхания. В отличие от оптических датчиков, радар миллиметрового диапазона не подвержен влиянию света и может проникать сквозь легкую одежду или постельное белье.
Обработка данных и оптимизация
Исследование Nature показало, что технология DR-MUSIC в сочетании с медианной фильтрацией обеспечивает точные измерения жизненно важных показателей. Linpowave усовершенствовала этот подход, приспособив его к реальным условиям:
Антенные решетки предназначены для улучшения направленного разрешения, что помогает различать нескольких людей в одной и той же области.
Фильтрация в реальном времени удаляет окружающий шум и позволяет точно улавливать даже самые мелкие движения.
Алгоритмы разделяют сигналы от разных особей, даже если происходят незначительные движения.
Динамическая настройка параметров алгоритма позволяет системе адаптироваться к различным позам, размерам тела и расстояниям.
Эти усовершенствования делают технологию пригодной для использования в больницах, дома или в системах, встраиваемых в мебель.
Проверка точности
Эксперименты на расстоянии от 0,5 до 3 метров показывают, что погрешность измерения частоты сердечных сокращений составляет от 1,7% до 2,6%, а погрешность измерения частоты дыхания — менее 4%. Одежда и освещённость оказывают минимальное влияние на результаты. Улучшения Linpowave направлены на сохранение аналогичной точности вне лабораторных условий.
Визуализация данных и оповещения
Собранные данные можно визуализировать, а алгоритмы могут выявлять отклонения. Например, внезапные изменения дыхания или сердечного ритма вызывают оповещения. Тенденции изменений сердечного ритма могут помочь лицам, осуществляющим уход, или членам семьи своевременно обнаружить потенциальные риски для здоровья.
Приложения
Удаленный мониторинг больницы
Установка миллиметрового радара над кроватями пациентов или в углах позволяет осуществлять непрерывный бесконтактный мониторинг. Это снижает риск заражения и облегчает нагрузку на медперсонал. В отделениях интенсивной терапии многоцелевые алгоритмы позволяют отслеживать состояние нескольких пациентов одновременно. Визуальные оповещения в режиме реального времени информируют персонал об обнаружении отклонений.
Домашний мониторинг здоровья
Радарные датчики, встроенные в кровати, диваны или другую мебель, обеспечивают круглосуточный мониторинг без использования носимых устройств. Это особенно полезно для пожилых людей или людей с хроническими заболеваниями. Системы можно подключить к мобильным приложениям, чтобы уведомлять членов семьи о выходе частоты сердечных сокращений или дыхания за пределы нормы.
Умная мебель и интеграция рабочего места
Встраивание радара в стулья или офисную мебель позволяет отслеживать малейшие движения грудной клетки. Эти данные могут использоваться для отслеживания усталости, особенностей дыхания и изменений сердечного ритма. Визуализация и простой анализ с помощью ИИ могут предоставлять персонализированные рекомендации, например, напоминания об отдыхе или коррекции осанки.
Проблемы и стратегии
| Испытание | Оптимизация | Рекомендация |
|---|---|---|
| Помехи сигнала | Улучшить антенные решетки, оптимизировать многоцелевые алгоритмы | Настройте размещение радара или используйте несколько антенн, чтобы уменьшить помехи в общих пространствах. |
| Слабые сигналы | DR-MUSIC + медианная фильтрация | Настройте параметры алгоритма на основе позы или размера тела для надежного обнаружения. |
| Конфиденциальность | Локальная обработка + шифрование | Используйте периферийные вычисления для локального хранения и анализа данных, снижая нагрузку на облако. |
| Среда | Оптимизация антенн и алгоритмов | Обеспечьте стабильный мониторинг в условиях низкой освещенности или ночью для реального развертывания |
Часто задаваемые вопросы
В1: Какие жизненно важные показатели может отслеживать миллиметровый радар?
A1: Частота сердечных сокращений и частота дыхания являются основными показателями. Расширенный анализ может включать глубину дыхания и вариабельность сердечного ритма.
В2: Можно ли осуществлять мониторинг через одежду или постельное белье?
A2: Да, сигналы миллиметрового диапазона могут проникать через легкую одежду и одеяла, обеспечивая точный бесконтактный мониторинг.
В3: Можно ли одновременно следить за несколькими людьми?
A3: Да, с многоцелевыми алгоритмами и правильным расположением антенн. Сложные настройки могут потребовать дополнительной настройки.
В4: Как домашние пользователи могут реализовать эту технологию?
A4: Установите радарные датчики на кроватях, диванах и другой мебели. Оповещения могут уведомить ухаживающих за больными или членов семьи об отклонении показаний от нормы.
В5: Безопасен ли радар миллиметрового диапазона?
A5: Он использует электромагнитные волны малой мощности, которые соответствуют международным стандартам безопасности и безвредны для человека.
В6: Соответствует ли реальная точность экспериментам?
A6: Лабораторные результаты показали погрешность измерения частоты сердечных сокращений менее 3% и погрешность измерения частоты дыхания менее 4%. Оптимизация Linpowave приближает практические применения к этим показателям.
Заключение
Радар миллиметрового диапазона обеспечивает точный бесконтактный мониторинг в режиме реального времени в различных условиях. Эксперименты в журнале Nature Scientific Reports подтверждают его эффективность. Благодаря технологии Linpowave радар миллиметрового диапазона может использоваться в больницах, дома и в «умной» мебели, предоставляя надежные и полезные данные о состоянии здоровья. Тщательно продуманная конструкция антенны, усовершенствованный алгоритм и стратегии размещения обеспечивают практическое применение, сохраняя точность и оперативность.
Ссылки
Nature Scientific Reports. «Высокоточный метод определения жизненно важных показателей на основе миллиметрового радара». 2024; https://www.nature.com/articles/s41598-024-77683-1
Продукты и решения Linpowave: https://linpowave.com/solutions
Ван, И. и др. «Бесконтактное определение жизненно важных показателей с помощью миллиметрового радара». Журнал IEEE Sensors , 2023 г.