无感人体传感

2021年1月20日发(作者：戎巨川)
【无感人体传感】（上）
“
非接触
”“
非侵袭
”
改 变医疗保健

2013/07/25 00:00


医疗保健即 将步入新时代，因为与此前截然不同的技术的开发变得活跃起来。那就是利用电子技术、
无需接触人体或 承受疼痛即可测量人体信息的技术。




人体信息测量的形态将 随着电子技术的应用而发生巨变。
以前的人体信息测量一般要固定患者的体位、
在身体上粘贴电 极，会给患者造成疼痛或不适感。大部分读者应该都有过在胳膊上缠上压迫带量血压、
或是在身上贴上电 极测量心电图的经历。
像笔者这样，
对用压迫带缠住胳膊和在身上贴电极感到紧张的
人 应该不在少数。




而现在，
“
非接触
”
、
“
非侵袭
*”
测量人体信息的技术的开发迅速活跃起来（图< br>1
）。被测者（患者）几
乎感觉不到正在进行测量，因此能消除患者测量时的心理压力。



图
1
：应用电子技术，步入
“
非接 触
”
、
“
非侵袭
”
时代

以前测量人体信 息时要经历
“
束缚
”
、
“
贴电极
”
、“
压迫
”
等状态，而最近，实现
“
非接
触
”< br>、
“
非侵袭
”
的技术开发事例相继出现。


*
非侵袭是指，不会造成疼痛和痛苦等。




例如，
在
2012
年
11
月于德国举行的世界最大规模医疗器械展< br>“MEDICA 2012”
上，
日本大学展示了只需
用手指接触即可测量血压 的技术，受到了与会者的极大关注。




2013
年< br>3
月，在
“
第
77
届日本循环器官学会学术集会
”< br>上，丰田与电装、日本医科大学共同展示了利
用汽车方向盘推测驾驶员血压的技术。丰田表示，< br>“
如果是每天都开车的人，只需和平常一样握住方向
盘即可测量每天的血压、进行管理< br>”
。




此外，
富士通研究所
2013
年
3
月宣布开发出了通过面部视频实时测量脉搏的技术。
为个人电脑 的显示
器装上网络摄像头、再安装所需软件，
“
只需在办公室用电脑正常工作，就能监 控脉搏的变化
”
。以上这
些还只是非接触、非侵袭测量人体信息开发示例的一小部分。



开拓新市场


非接触、非侵袭地测量人 体信息的优点不仅仅是能消除患者的痛苦和不适感，还有能为儿童、老年人
以及因疾病等难以固定或约束 的患者进行测量。而且，易于实现长期（连续的）监控，因此还能用于疾
病征兆的确认和老年人看护等用 途（图
2
）。



图
2
：
“< br>非接触
”
、
“
非侵袭
”
的优点

实 现
“
非接触
”
、
“
非侵袭
”
地测量人体信 息的优点包括，可消除被测者的痛苦和不适
感、扩大测量对象、实现长期（连续）监控，等等。



也就是说，能用于与此前不同的患者和使用场景，有望开拓新的市场。可以说，开 发非接触、非侵袭
测量技术不是为了替代原来的测量技术，而是要开拓全新的医疗健康市场。




欧姆龙健康医疗于
2012
年
5
月 推出的
“
欧姆龙睡眠仪
HSL-
101”
称得上是非接触测量人体信 息的领军产
品。睡觉时，只需将该产品设置在人体周围
1.5m
内的床边即可测量呼吸 等，从而判断睡眠状态。其原
理是，
向睡着的人的胸部等部位照射
10.5GHz的电波，
通过反射波和入射波的相位差检测呼吸等。
该产
品采用了爱尔兰风险企业
BiancaMed
的技术。




此前在测量 睡眠状态时，采用的方法有多导睡眠图检查（
PSG
检查）等，但这些方法需要把电极等贴在身体各处，十分麻烦。欧姆龙健康医疗学术技术部技术探索组主任堤正和表示，
“PSG
检查会让被测
者意识到自己正在处于测量之中，反而更睡不着了。我们想开拓测量自然睡眠状态的市场< br>”
。
HSL-101
上市已经一年多，
“
销售情况非常好，超 出了当初的目标。注重健康的
40
多岁和
50
多岁的男性用户比
预想 的要多
”
。这是利用非接触的特点开拓新市场的一个很好的案例。



技术开发聚焦于
“
心跳
”
测量

下面介绍一下以开拓新的医疗健康市场为目标推进开发的非接触、非侵袭地测量人体信息的技术。不
过，人体信息的范围很广。从现在的开发事例来看，大多数产品的主要测量对象是心率和脉率
和血压等。



注
1
）
心率是每分钟心脏跳动的次数，脉率是手脚动脉每分钟跳动的次数。
健康的人的心率和脉率一致。




众所周知，心理压力的程度可以根据心跳间隔推测出来。心跳间隔很规则，说明人处于放松状 态，而
心跳间隔越不规则，
说明压力越大。
根据这一规律，
利用前面提到的富 士通研究所的脉搏测量技术，
“
只
需在办公室正常利用电脑工作，即可监控心理压力的 状态
”
，能实现更有意义的系统。




另外，
前面提到的日本大学和丰田等开发的技术都是在测量脉搏后，
利用脉搏数据计算血压
（ 图
3
）
。
丰田是
“
结合脉搏的传播时间和多种数据库实现了 血压推测
”
，
而日本大学工学部教授尾股定夫表示，
“
我
们 不是通过传播时间获得血压数据，而是确立了可通过一个脉搏波形直接计算出血压的算法
”
，虽 然双
方采用的方法不同，但将脉搏数据转换成血压这一点是相同的。


< br>注
1
）
。因
为通过心率可以看出很多问题，
心率是重要的人体 信息之一。
比如，
可以通过心率推测心理压力的程度
图
3
：根据脉搏 计算血压

日本大学和丰田等各自开发出了根据非侵袭方式获得的脉搏数据计算血压的技术（
a
、
b
）。都是利用
LED
光获得脉搏数据。



也就是说，只要能以非接触、非侵袭的方式测出心跳和脉搏，就有望以非接触 、非侵袭方法掌握心理
压力情况和血压。此前，心率一般通过心电图（
ECG
，
electrocardiogram
）等测量。那么，为实现非接
触、非侵袭测量心率和脉 率，现在正在开发哪些技术呢？根据所利用的技术的种类，主要可分成五种，
分别是（
1
）
LED
、（
2
）图像处理、（
3
）加速度传感器、（< br>4
）电磁波、（
5
）光纤。（未完待续）


【无感人体传感】（下）五种主要技术

2013/07/26 00:00


以非接触、
非侵袭方式测量心率采用的技术分为
（
1< br>）
LED
、
（
2
）
图像处理、
（
3
）
加速度传感器、
（
4
）
电磁波、（
5
） 光纤五类。下面就一一加以说明。



实现单芯片化


（
1
）利用
LED
测量心跳和脉搏的方法得到了日本大学和丰田等的 采用。如图
3
所示，这种方法是在手
指等触碰的部分，
配置使用
LE D
的发光模块和使用光电晶体管等的受光模块，
利用血液中的血红蛋白容
易吸收绿色等 特定波长的光的特性，
用
LED
照射手指，
利用其反射光来检测脉搏。
这种方法的应用比较
广泛，新日本无线已于
2013
年
6
月开始销 售将绿色
LED
和光电晶体管集成在一个封装内的通用脉搏传
感器。




另外，日本大学表示，在利用
LED
测量脉搏的方法 中组合使用了该大学的尾股教授开发的
“
相移法
”
技
术。日本大学没 有公开具体的机制，不过尾股教授强调，
“
利用相移法可大幅提高信噪比，所以能获得
精度极高的脉搏波形。正因为如此才能把脉搏转换成血压
”
。




自从在
MEDICA 2012
上展出后，全球各地的企业等纷纷对相移法 提出咨询。尾股教授最近成功地在一
枚芯片上集成了含有相移法数据处理的核心部分，
他表示，
芯片尺寸目前为
1cm
2
见方，
不过
“
数
mm
见
方的小型化也已经有了眉目。
届时就能安装到便携终端，
因此有望实现 利用智能手机配备的用作闪光灯
的
LED
，用智能手机测量脉搏和血压的方式
”
。日本大学打算在
2013
年内与合作伙伴合作推出该芯片。



无需新硬件