通常如果要追踪患者或是老人家的呼吸,主要都是贴在胸口的电极或是用摄影机,但现在澳洲研究人员透过“光子雷达”,能远程精准检测多名患者,盼有天能应用在医院、照护中心或是居家使用。
除了非侵入式测量,现在雪梨大学科学家想进一步提供更好的非接触式测量选择,虽说确实可以用摄影机替代,但如果在医疗环境使用,可能会伴随隐私问题,通讯作者 Ben Eggleton 表示,基于摄影镜头的呼吸检测有两个问题,一来对光照环境和肤色敏感,一来是患者的隐私,患者的高清晰度照片会被记录并储存在云端中。
为了克服这些问题,研究人员转向光子学。光子雷达(Photonic Radar)或微波光子雷达是用光子而非传统射频工程技术来产生无线电波,透过脉冲雷射产生微波讯号,碰触到目标后再返回讯号会到基于光子的接受器。
主要作者 Ziqian Zhu表示,光子雷达使用基于光的光子系统,不是用传统的电子系统来生成、收集和处理雷达讯号,这种方法可以生成较宽的射频(RF)讯号,可以提供高准确度且同步的多对象追踪。团队也再加上 LiDAR(Light Detection And Ranging,雷射探测与测距)让系统具备更多功能,用脉冲光波来测量距离,虽然雷射雷达本身可以提供良好的范围和解析度,但其穿透衣服等物体的能力有限,雷达和雷射雷达的结合让该设备具有两者的优点。
研究人员首先使用两个人体呼吸模拟器测试新设备,他们发现雷达可以准确地即时检测相距约 10 厘米的两个目标的呼吸速率。它检测到毫米级的不规则呼吸模式,包括较长的吸气和较短的呼气,以及呼吸暂停。
接下来团队也在海蟾蜍上进行测试,将蟾蜍放置在距雷达约 1 米的位置,让光束聚焦在呼吸会移动的颊部区域,虽说海蟾蜍已经很大只,但与人类胸口相比,蟾蜍的颊部区域只有几厘米,但设备仍可准确测量其呼吸频率,包括两栖动物常见的间歇性呼吸。
团队认为这项设备应用范围相当广泛,设备能够远距离测量呼吸,提高患者的舒适度并降低了交叉污染的风险,它还可以检测多个患者,有助包括医疗保健、监狱部门、老年人和家庭护理以及兽医和牲畜用途。