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医用非接触式检测或监测技术(三)

医用非接触式检测或监测技术是一种具有方便、直观、无辐射、无创、无刺激、无约束,实用性好、安全性高等优点的医用检查或监测方法。该技术方法克服了传统检测或监测技术引起的人体不适和不便,可在不干扰人体感受、不影响生活质量的前提下对生命体征进行检测或监测。医用非接触式检测或监测技术在生物传感器中也具有广泛的应用,它与生物传感器的结合,避免了直接接触造成的二次污染,省去了更换相关装置的麻烦,降低了实验和观测的成本,增加了传感器应用场合的灵活性,使得24小时连续检测或监测成为可能。相对于接触式检测或监测而言,大多存在操作着不便,并会使受检者产生异物感,甚至带来痛苦,从而影响使受检者的真实运动状态。

在这里我们专门收集了近两年来有关“医用非接触式检测或监测技术方法方面的科技文献与资料并汇集成汇编提供给大家,希望对“医用非接触式检测或监测技术方法方面有兴趣的朋友和有意愿开发此类技术的朋友起到借鉴与参考作用。由于文献资料较多,我们将分四部分提供给大家。这是第三部分。

 

医用非接触式检测或监测技术(三)

 

31、基于Kinect的非接触式呼吸检测系统

【作者】李彬 谢翟 段渭军 杨荣 

【机构】西北工业大学电子信息学院 西北工业大学物联网技术及应用国家地方联合工程实验室 西安交通大学工程坊

【文献出处】《传感器与微系统》2017 第3

【摘要】利用Kinect的深度传感器功能,获取景深图像,并对图像进行信号处理和分析,检测人体的呼吸率和呼吸状态,从而实现非接触式呼吸检测。该系统免除了传统接触式呼吸检测仪安装和测试带来的不便,实现高效准确的实时呼吸监测。

 

32、非接触式智能颈椎检测器的设计与实现

【作者】张壮军 陈南煜 梁建良 梁业腾 何秋燕 覃康  

【机构】广西师范大学物理科学与技术学院

【文献出处】《广西物理》2017 第1

【摘要】颈椎健康问题目前已严重威胁着人们,根据权威机构数据显示,我国成人颈椎病患病率达10%~15%。为解决这个问题,设计非接触皮肤式的颈椎健康智能监测器,无须接触使用者的皮肤即可监测相关实时数据。该设计硬件部分采用模块搭建的形式,由低能耗的应用功率优化片载系统、蓝牙芯片与六轴陀螺仪传感器构建而成,其中涉及到的重点包括欧拉角转换、蓝牙数据传输等。颈椎健康智能监测器是具备提醒功能的智能健康监测仪器,能对颈椎的使用情况进行实时监测,并提醒使用者纠正错误姿势,帮助使用者形成使用颈椎的良好习惯。

 

33、非接触式生命体征监测技术临床应用研究进展

【作者】杨晓丹  杨冰磊  王梓涵  章依妮  周韩俊  李欣荣  曹世华  

【机构】杭州师范大学钱江学院 

【文献出处】《医学信息》 2018年18期

【摘要】非接触式监测技术克服了传统的穿戴式监测技术引起的人体不适和不便,在不干扰人体感受、不影响生活质量的前提下对生命体征进行连续监测。本文着重介绍以基于加速度传感的心冲击描记法、基于光纤传感的BCG、基于无线电波(或多普勒雷达)BCG心率呼吸监测、非接触式电容心电、红外热成像法、磁阻抗监控为主的五种监测技术在临床应用的研究进展,并对这些非接触式监测技术进行比较分析,总结出非接触式监测技术的发展趋势,以期为非接触式生命体征监测技术在临床以及日常生活健康监测应用提供借鉴和参考。

 

34、移动护理系统中非接触体征监测模块设计

【作者】王泳  

【机构】无锡市第三人民医院

【文献出处】《信息系统工程》2017 第11

【摘要】目的:基于临床特殊患者需求,运用生物雷达技术、无线传输和移动护理终端,构建非接触式体征监测模块设计。方法:介绍系统的研究背景、关键技术、系统架构及方案测试。结果:测试流程和功能运行稳定,基本达到设计效果。结论:该项目具有非接触、无刺激、无约束等优点,在未来的护理临床工作中应用前景良好,硬件和算法需要进一步优化和完善。

 

35、运用视觉和主成分分析的非接触式心率测量

【作者】李铁军  王旭之  刘今越  田浩辰  齐恒佳  

【机构】河北工业大学机械工程学院 

【文献出处】《机床与液压》 2018年22期

【摘要】图像光电容积脉搏波描记法(PPGi)是一种利用视觉采集并分析人体皮肤由于充放血所引起的颜色变化来测量心率的方法。与传统的使用电极的方法相比较,这种方式能够提供更舒适的生理信息提取,在一些非医疗场景的健康监测和人机交互场景中是非常重要的。一种运用自动人脸追踪和主成分分析RGB三色通道来提取脉搏信号的方法被提出,分别对10名实验者进行视频拍摄,并在日光、灯光和日光与灯光同时存在的3种情况下实验,在视频拍摄人脸的同时用一个多导睡眠仪(用来测心电图)作对比。实验结果表明:该算法在准确提取出脉搏心率的同时,能够大幅降低运算时间。

 

36、一种细胞培养实时监测和数据采集系统

【作者】李娅  

【机构】电子科技大学

【文献出处】《电子科技大学》 2018年硕士论文

【摘要】细胞培养是一种常用的生物实验技术,细胞学、病毒学、免疫学等多个学科的研究和应用常常需要大规模离体培养细胞。进行细胞培养时,通常需要定时对其进行观测,以便了解细胞的生长状况、培养液的消耗和蒸发情况等。传统生物细胞培养过程依靠人工监察培养液的消耗、水份的蒸发,记录细胞的生长曲线和细胞的形态等工作。多数情况下,这需要工作人员不分昼夜值守。这种完全依靠人工的监察方式不但耗费大量人力物力,而且当对培养的细胞取样进行记数和形态观察等工作时,人工工作效率低下,存在污染细胞培养的潜在可能性,还会浪费一定数量的细胞以及存在误操作的风险。细胞培养过程中,追求全自动、无侵害和非接触式的全自动监测不但会使细胞培养过程更可靠,还会节约成本和提高细胞培养的周期。为了实现在细胞培养过程中实时、无损和非接触地监测营养物质的含水量,营养消耗状况和采集细胞生长曲线,本课题实现了一种低成本、操作方便、小型化的细胞培养实时监测和数据采集系统。该系统利用微波和介电谱原理,不需要直接接触细胞,不用标记细胞,可以进行实时监测;该系统操作简便并且具有小型化的特点,在测试的过程中不需要用到价格昂贵且体积大的矢量网络分析仪等仪器。本文的研究内容围绕监测电路、数据采集、测试三个部分展开。这个系统包括:(1)为了实时反映培养皿中物质的变化而设计的感应电路;(2)为了保证实验线路和对比线路条件一致而设计的等分功分器;(3)为了便于测试而设计的整流电路(将微波信号转变为直流电压信号);(4)介电谱采集模块,它包含了硬件电路和软件控制程序。系统测试包括:(1)功分器、微带电感、整流电路、采集模块的测试;测试结果表明它们都能正常工作。(2)整个系统的功能测试;在培养皿中加入一定量的水,用该系统对其进行实时监测,测试结果表明该系统可以自动实时地监测培养液的消耗和蒸发情况。

 

37、自适应心率呼吸率计算方法研究及应用系统开发

【作者】杨家富  

【机构】电子科技大学

【文献出处】《电子科技大学》 2017年硕士论文

【摘要】睡眠是人类恢复体力脑力最基本的方式之一,人在睡眠休息过程中各项生理信息能够反映人的身体的健康状况。随着社会活动的增多,社会压力的变大,失眠以及睡眠突发疾病猝死的情况时有发生,监测睡眠活动的需求越来越强烈。传统的睡眠监测都是通过接触式硬件设备类似于贴片电极或者其他元器件与人体直接接触的方式采集人体生理信息进行监测。接触式的监测方式会使睡眠用户产生不适,影响睡眠质量和监测效果,具有很大的局限性。针对当前实时睡眠监测的强烈需求以及睡眠监测方式和睡眠生理信息分析算法的局限性,本文研究了自适应心率呼吸率计算方法,设计了一种非接触式的实时睡眠监测系统。该系统通过微动敏感床垫实时监测睡眠,为睡眠实时监测预警以及后期的睡眠质量分析提供数据基础,为远程睡眠实时监测提供了一套科学有效的方式。本文研究了自适应心率呼吸率计算方法,该算法首先对通过微动敏感床垫采集出来的体震信号进行信号预处理,通过体动判定算法输出体动标记,经过不同的滤波器分离得到心跳呼吸信号;接着通过贝叶斯原理融合估计局部信号间期长度的几种不同的估计器,联合估计睡眠信号心跳呼吸间期长度,得到准确的心率和呼吸率次数;最后通过扩展算法,消除数据冗余,提高算法准确性,为实时睡眠监测提供睡眠生理数据支持。本文设计开发了整个系统配套的并发服务器和后台设备管理系统,为睡眠生理数据分析、存储、预警和硬件终端设备管理提供了平台,实现了远程睡眠实时监测。并发服务器开发设计了安全可靠的睡眠数据传输协议,通过开源Netty框架实现了睡眠数据实时接收转发,保证了睡眠信息的可靠传输。后台设备管理系统采用了SSH2作为后端逻辑开发框架,前端使用了最新的BootStrap开发技术,实现了设备管理、服务器和客户端设置等基本功能。

 

38、基于智能移动设备的非接触式生物传感器的研制

【作者】张凤玲  

【机构】东南大学

【文献出处】《东南大学》 2017年硕士论文

【摘要】非接触式技术在生物传感器中具有广泛的应用,它与生物传感器的结合,避免了直接接触造成的二次污染,省去了更换相关装置的麻烦,降低了实验和观测的成本,增加了传感器应用场合的灵活性,使得24小时连续监测成为可能。但是目前的非接触式技术比较复杂,与之结合使用的电路单元或者仪器设备较为庞大,不便于随身携带,基于智能移动设备的非接触式技术与生物传感器结合,是医疗健康领域技术发展的一个重要方向。本文中,我们将智能手机与非接触式技术结合起来应用于生物传感器中,制备出更加智能化、小型化的生物传感器。研究工作的内容可分为以下三个部分:一、在传感器的信号检测环节,利用基于手机摄像头的光学检测,并应用在唾液淀粉酶检测中。设计了用于唾液淀粉酶检测的纸芯片并选择EPS速率法进行淀粉酶检测;开发了基于android手机的用于芯片比色检测的APP,选择合适的算法对目标区域进行识别和检测。制备出的芯片可以进行批量生产,且这种检测方法不受检测样品数量的限制。二、在传感器的能量供应环节,利用电磁感应无线充电技术为分析芯片供电,并应用于乳酸检测中。从提高无线传输效率的角度入手,设计了能量发射电路、接收电路及无线PCB线圈,制作出在传输距离5mm以内,输出电压在0.9~1.5V之间的无线充电系统;设计了基于电致变色的传感器阵列,调节电致变色材料普鲁士蓝中存储的电量控制乳酸的检测限;制备的乳酸检测芯片可以直接通过裸眼读取普鲁士蓝点阵变无色的个数进行半定量检测。三、在传感器的信号传输环节,利用无线WiFi技术进行离子浓度的检测,设计了可穿戴设备的雏形。利用柔性PCB板制作了离子检测传感器的数据采集和传输电路,利用手机WiFi接收传输的数据进行计算和显示,并传输至服务器进行存储。

 

39、一种基于欧拉影像放大的无接触式心率测量方法及装置

【作者】苏培权 许亮 梁永坚  

【机构】广东工业大学自动化学院

【文献出处】《计算机应用》2018 第3

【摘要】针对目前非接触式心率测量存在操作不便、心率同频段噪声干扰大和受环境温度影响较大等问题,提出一种基于欧拉影像放大技术的非接触式心率测量方法。首先,运用欧拉影像放大技术实现手腕处桡动脉微小跳动的动作放大;然后,对脉搏跳动视频帧的像素点亮度值在时域上进行亮度方差统计,同时在Yc吒b颜色空间中分割出皮肤区域;其次,根据亮度方差统计和皮肤分割结果,结合图像形态学处理方法提取视频中桡动脉跳动区域;最后,对所提取桡动脉部位时域上亮度信号采用傅里叶变换进行时频分析,实现心率非接触式测量。实验结果表明该方法与独立成分分析法(ICA)和脉搏交流信号分析法相比,均方根误差(RMSE)分别下降50.5%和32.6%;与小波滤波法相比,平均绝对误差下降12%。非接触式心率测量方法测量结果与脉搏血氧仪测量法具有很好一致性,满足中国医药行业标准,可用于日常保健和远程医疗的心率监测。

 

40、呼吸信号检测与预测技术的研究

【作者】胡正伟 

【机构】南昌航空大学

【文献出处】《南昌航空大学》 2017年硕士论文

【摘要】人体呼吸信号呈现的节律、强度和频率等方面的信息,在很大程度上能够反应人体呼吸器官的病变。因此,对人体呼吸状况进行监测具有重大的医学意义。但目前医用呼吸监测设备往往体积庞大、或是价格昂贵,并且多采用传感器与人体直接接触的接触式检测方法,会给病人带来不便和束缚感。同时,人体某些不经意的活动可能会导致传感器脱落和移动,使得检测结果不准确,甚至检测失败。针对上述问题,本文以人体呼吸运动作为研究对象,采用摄像头作为检测传感器,结合图像处理和信号处理技术,研究如何在不与人体直接接触的情况下,准确且稳定地获取人体呼吸信号。根据人体呼吸运动与人体胸腹起伏运动具有相关性的特点,提出一种基于运动放大的非接触式呼吸信号检测方法,以提高呼吸检测的准确度。采用接收板接收光发射器照射在人体胸腹部并反射出的光。通过摄像机采集接收板上的光点图像,并采用图像运动跟踪算法自动跟踪光点的运动,从而获取人体的呼吸信号。使用图像处理技术自动检测并连续跟踪接收板上表征人体呼吸运动的光点运动轨迹,从而间接获取人体的呼吸信号。针对光点亮度高的特点,提出一种自适应的阈值检测算法,通过从光点图像的灰度直方图的最高灰度级开始遍历,寻找出现的第一个波谷点对应的灰度级作为阈值。使用该算法与大津法和迭代法对光点图像进行阈值分割对比实验。实验结果表明,本文的算法能够准确检测光点。光点检测成功后,针对光点运动具有周期性的特点,提出一种结合卡尔曼滤波与自适应模板匹配的跟踪算法。使用该跟踪算法与模板匹配跟踪算法对图像序列中的光点进行跟踪对比实验。实验结果表明,本文提出的跟踪算法具有实时性和准确性高的优点。针对咳嗽、身体抖动和说话等非呼吸运动引起的干扰问题,提出一种空间约束的方法,以提高呼吸检测的准确度和鲁棒性。针对图像采集、图像处理和信号处理等过程的时间占用引起的呼吸信号检测的滞后问题,使用基于自适应滤波器的信号预测算法对呼吸运动进行补偿,使得本文提出的呼吸信号检测方法能够适应对呼吸检测要求实时性高的场合。通过对本文提出的呼吸信号检测和呼吸信号预测方法的理论研究,实现了相应的呼吸信号检测系统。使用该系统对不同的志愿者进行呼吸信号检测和预测实验。实验结果表明,本文提出的呼吸信号检测方法能够将较小的表征人体呼吸的胸部或腹的运动进行放大,从而提高呼吸检测的准确性。同时,本文所使用的自适应呼吸信号预测算法具有预测精度高和鲁棒性强的特点。

 

41、利用探针跳跃式离子电导显微镜研究活体血小板膜结构及其膜微粒的形成

【作者】 刘晓 罗玉福 张彦军 

【机构】 国家纳米技术与工程研究院 天津市永久医院 天津医科大学总医院神经外科、天津市神经病学研究所 

【文献出处】《生物医学工程学杂志》2017 第5

【摘要】血小板在激活剂作用下会快速活化并释放具有高促凝活性的血小板膜微粒(PMPs),进而诱发出凝血功能障碍,但PMPs的形成机制有待明确。探针跳跃式离子电导显微镜(HPICM)具有在生理环境下对活体细胞进行非接触式实时高分辨率成像的技术优势。本文运用HPICM技术实时监测血小板在胞内钙离子诱导剂A23187和细胞松弛素D作用下活化及PMPs形成的过程,证明了胞内钙离子浓度和细胞骨架蛋白在血小板活化及PMPs形成中发挥了重要作用;并发现与扁平型血小板相比,突起型血小板对A23187和细胞松弛素D更为敏感,这对利用HPICM技术研究血小板活化与出凝血功能调节之间的关系具有指导意义。

 

42、穿戴式多生理参数健康监测系统的研制

【作者】王宪忠  

【机构】吉林大学

【文献出处】《吉林大学》 2017年硕士论文

【摘要】人体的生理信号可以反映出人体所处的健康状态,是临床诊断、医疗监护的重要参考依据,因此,对人体多种生理信号同时监测具有重要的意义。随着现代经济的发展以及科学技术的进步,人们的健康意识也在逐渐的提高,对现代医疗领域人体生理信号的监测也提出了更多的要求。未来人体生理信号监测设备不但要能检测人体的多种生理信号,而且要能够对人体多种生理信号进行分析,从而评估人体的健康状态,同时还要能够对一些疾病的发展进行分析和跟踪。传统的人体多生理参数监测设备一般都是采用一次性Agcl粘性电极来测量人体的心电和呼吸信号的,在舒适性和方便性方面有所欠缺。传统的人体多生理参数监测设备的体积都比较大,而且采用有线方式连接,限制了使用的场合,一般只用于病房床边监测。针对上述问题,本文设计了可穿戴式多生理参数健康监测系统,实现了人体多生理参数无导联线的穿戴式测量。本文主要研究内容如下:1、研究分析了不同生理信号产生的基本生理机制和各种不同生理信号的特点,设计了适合特定生理信号的测量方式、硬件电路以及处理方法;2、设计了织物电极和穿戴衣,作为心电和呼吸信号传感装置,提取人体体表的心电信号和阻抗式呼吸信号;3、设计了反射式光电传感器采集人体手指的脉搏波信号,并依据脉搏波数据计算出血氧饱和度数值;4、基于心电和脉搏波数据设计算法,实现基于脉搏波传导时间的无袖带人体血压的连续测量;5、基于红外式温度传感器实现人体皮温的非接触式测量;6、基于陀螺仪采集人体的三轴加速度信号,设计算法判断人体的运动姿态,并实现人体跌倒检测;7、设计了功耗低、体积小的人体多生理参数采集模块,实现人体多种生理信号的同时测量,并实现人体生理信号的无线传输,将数据上传到手持终端和上位机分析系统,同时可以将数据保存在SD卡,便于采集模块离线时对数据的处理;8、通过试验,测试了系统工作的稳定性、可靠性与准确性。

 

43、基于图像的人体尺寸获取

【作者】尹汪 

【机构】武汉纺织大学

【文献出处】《武汉纺织大学》 2018年

【摘要】人体尺寸获取有着广泛的应用场景,在人体工学、虚拟试衣系统、运动员身体状况监测以及医学等领域都有非常重要的作用。随着服装信息化技术的发展,为了达到服装个性化定制的目的,获取用户的个性化真实人体尺寸参数,人们开始寻求各种兼顾精度和效率的人体尺寸非接触式获取方法。传统的人体尺寸获取技术有些需要外部工具手工接触式测量,而使用扫描仪的非接触式测量方法存在效率低和成本高的缺陷。本文在分析国内外人体尺寸获取的研究现状和应用场合的基础上,提出了一种基于图像的人体尺寸获取方法。该方法仅需从用户提供的全身正面照片、侧面照片和背景照片就可以获取人体各部位的尺寸。首先利用人体本身的瞳孔距离作为参照,通过比例模型计算出人体各部位的初始尺寸,然后手动输入的个人身高值修正测量误差。该方法先对全身正面照片进行瞳孔检测定位瞳孔位置,计算出人体瞳孔间距的像素尺寸,根据成年人瞳孔是固定大小的这一特点,计算出人体各部位像素尺寸与真实尺寸的比值δ;对用户提供的全身正面图像和侧面图像的各部位特征区域进行定位,并统计出人体各部位的像素尺寸;通过人体各部位的像素尺寸和比值δ求出人体各部位的初始尺寸;以用户手动输入的身高数值作为正则化约束项,通过数据训练获得正则化的系数,以提高测量数据的精度。该方法具有高效、实时和不借助外部工具等特点;相比于一些传统的非接触式测量方法,其测量成本低,同时提高了测量效率,其研究成果可应用于在线服装零售和服装个性化定制等。

 

44、基于电容耦合的多导联心电监测系统研究

【作者】李天涵  徐效文  梁莹  

【机构】中南大学物理与电子学院; 

【文献出处】《传感技术学报》 2017年11期

【摘要】传统的非接触式心电监测系统在硬质印刷电路板构建的电容电极基础上,使用单导联方式进行心电监测,且仅根据心率变化进行心脏异常诊断,无法满足当前临床诊断标准。基于电容耦合原理,设计了一款多导联心电监测系统,将3个由导电织布构成的柔性电容电极集成于椅座背部,用于获取标准肢体导联Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和加压单极肢体导联a VR、a VL、a VF等6导联心电信号。借由导电织布式柔性电容电极与人体表面较好的接触效应,可以有效减小运动伪影的产生。通过与硬质PCB电极输出的心电波形相比,使用本系统的患者在移动情况下输出的心电波形保持相对平稳状态,无明显运动伪影。系统实验证实了此新型多导联心电监测仪的有效性,不仅可以满足个人日常心电监测使用,而且适于长期动态心电监测。