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毫米波传感器如何为独立的“辅助”生活创造技术优势

2022-04-27
来源:德州仪器

随着医学和医疗保健的进步,人类的平均预期寿命不断增加。世界上几乎每个国家/地区的老年人口规模和比例都在增长,65岁及以上的人口总数预计到2050年将翻一番,达到15亿。与此同时,为了应对这一老龄化发展趋势,必须扩大居家照护或护理设施的规模。

疾病控制与预防中心的数据显示,每年有近25%的老年人跌倒,老年人跌倒是美国创伤性入院的主要原因。了解跌倒或其他与健康相关的事件何时发生,并能够快速做出反应,有助于确保患者得到所需的护理。

当前技术 – 家庭健康

医用传感器以及连接技术的创新正帮助老年人在家中过上正常的生活,并确保在发生意外时能够及时提供帮助。这些医用传感器通常基于加速计来检测跌倒等运动特征,并可自动呼叫家人或护理人员寻求帮助。

老年人必须在脖子或手腕上佩戴这些由电池供电的传感器;将他们佩戴在身体上有助于传感器识别诸如跌倒等宏观运动,并使用连接节点联系家人或护理人员。其他传感器(如心电图或脉搏血氧计)也可以提供健康参数的连续视图(如生命体征或睡眠质量)。

如图1所示,这些医用传感器均面临各自的挑战。为确保有效运行,消费者必须记得佩戴并为其充电,这可能会影响舒适性或可行性。有些型号需要患者在发生健康事件时按下按钮,但如果患者无行为能力时,便无法发挥作用。最后,传感器需要非常准确,以便区分跌倒事件和日常活动。当一个人快速坐下或拍手时,当前的传感器往往会误判。某些类型的传感器(如光学摄像头中使用的传感器)放置在家中时,也会产生隐私问题。

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图1:通过解决久坐或移动、跌倒以及表示长期健康趋势或睡眠质量的生命体征检测等问题的技术,可帮助实现家庭健康。

毫米波雷达:具有隐私保护功能的非接触式感应

60GHz毫米波雷达是另一种可用于检测和跟踪家庭健康和行为的传感技术。雷达有助于解决多种传感挑战,包括确定房间是否有人(以及有多少人),识别运动特征以辨别跌倒事件,以及测量一个人的生命体征以评估睡眠质量等问题。毫米波雷达本质上是一种基于射频的传感器,可在不接触身体的情况下进行感应,由于该传感器不提供任何视觉识别信息,因此可安装在卧室或浴室等敏感区域。在应用层面将这些功能结合在一起,有助于通过家庭监控系统获取家人的安全和健康信息,从而让亲人和护理人员放心。

IWR6843AOP利用片上天线以及微控制器和数字信号处理器的板载处理功能来处理目标的距离、速度和角度信息。距离和角度信息可用于生成“点云”,当将其输入历史跟踪器时,不仅可以确定一个房间内是否有人,还可以确定这个人在房间内的位置。该点云和跟踪器信息可用于确定一个人是在移动还是久坐,或者他们是否具有正常行为,例如早晨步行到厨房。

以指示跌倒的雷达点云为例,图2用绿点表示点云,并为这一簇点云分配了一条红色轨迹。右图显示了人的瞬时高度和平均高度,可以使用算法来检测一个人是否跌倒。

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图2:一个人跌倒后的雷达点云示例

速度信息可以测量房间内目标的运动特征。通过量身定制的算法或人工智能,这些运动特征可以识别诸如步态不稳、跌倒或近乎跌倒等行为。另一种用途是放在床边测量睡眠期间的活动,并确定睡眠模式是否发生变化。如图3所示,运动特征甚至可以测量一个人坐着或躺下时的心率和呼吸频率。

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图 3:使用IWR6843AOP传感器测量的心率和呼吸频率,该传感器安装在胸部高度位置,分别距离坐着的人1.2m和2.5m处。

在图3中,上面部分的图片显示了使用胸挂式商用心率监测器(黑线),与IWR6843AOP处理过的输出(绿线)的比较。心率误差小于5bpm(相对于胸挂式传感器的真实值),表明无需传感器接触身体,即可保障良好的测量精度。

结语

毫米波雷达是一项不断发展的技术,非常适合在家庭监控和医疗领域实现全新的创新功能。请查看本文链接和下面列出的一些资源,了解有关毫米波雷达传感器的更多信息,包括评估模块、演示软件或来自我们第三方合作伙伴提供的解决方案。

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