田纳西州
田纳西州，5月1日（The Conversation）如果你想要从房间的另一端检查某人的脉搏，例如远程监控一位年长的亲属，你该怎么做？你可能会认为这是不可能的，因为常见的健康监测设备如指尖脉搏血氧仪和智能手表都需要接触身体。
然而，研究人员正在开发可以在一定距离内监测个人生命体征的技术。其中一种技术就是雷达。
我们是研究雷达系统的电气工程师。我们结合了雷达技术和人工智能的进步，可靠地监测呼吸和心率，而无需接触身体。
非接触式健康监测比传统方法更舒适、更易于使用，特别是在希望在家监测生命体征的人群中。
雷达的工作原理
雷达通常用于测量汽车速度、天气预报以及探测海空中的障碍物。它通过发送以光速传播的电磁波，等待这些波反射回设备，并分析反射波的特性来工作。
雷达可以通过分析反射波的特性来确定物体的距离、速度甚至形状。
雷达还可以用来监测呼吸和心率等生命体征。每次呼吸或心跳都会使胸部轻微移动——这种移动对人来说很难看到或感觉到。然而，今天的雷达足够灵敏，可以从房间的另一端检测到这些微小的移动。
雷达的优势
还有其他技术可以用于远程测量健康状况。基于摄像头的技术可以使用红外光来监测皮肤表面的变化，类似于脉搏血氧仪，揭示心脏活动的信息。计算机视觉系统也可以监测呼吸和其他活动，如睡眠，并能检测到有人跌倒的情况。
然而，摄像头在身体被毯子或衣物遮挡，或者光线不足的情况下往往失效。此外，不同肤色反射红外光的方式不同，可能导致深色皮肤人群的读数不准确。此外，依赖高分辨率摄像头进行长期健康监测也引发了严重的隐私问题。
相比之下，雷达解决了许多这些问题。发射波的波长比可见光或红外光长得多，能够穿透毯子、衣物甚至墙壁。测量结果不受光线或肤色的影响，使其在不同条件下更加可靠。
雷达图像的分辨率非常低——想象一下旧版Game Boy图形与现代4K电视的对比——因此它无法捕捉到足够的细节来识别某人，但仍可以监测重要的活动。虽然它会发射能量，但其频率和功率水平与你口袋里的手机相似，不会构成健康危害。
雷达与人工智能
雷达功能强大，但也面临一个大挑战：它会捕捉到所有移动的东西。由于它可以检测到心脏跳动引起的胸部微小移动，也会捕捉到头部、四肢或其他附近人员的较大移动。这使得传统处理技术难以清晰提取生命体征。
为了解决这个问题，我们创建了一种“大脑”来使雷达更智能。我们将这个大脑命名为mm-MuRe，它是一种神经网络——一种人工智能——直接从原始雷达信号中学习并估计胸部移动。这种方法称为端到端学习。这意味着，与其他雷达加人工智能技术不同，该网络能够自行学会忽略噪声，只关注重要信号。
我们发现，这种人工智能增强不仅提供了更准确的结果，而且比传统方法更快。它可以同时处理多个人，例如一对老年夫妇，并适应新情况，即使是在训练过程中未见过的情况——例如人们坐在不同的高度、乘车或站得很近。
对医疗保健的影响
使用雷达和人工智能进行可靠的远程健康监测可能对医疗保健产生重大影响。无需接触患者的皮肤，可以大大降低皮疹、污染和不适的风险。在长期护理中，减少电线和设备可以使患者和护理人员的生活显著改善。
想象一下，养老院里雷达静静地监视着居民，一旦有人出现呼吸困难、跌倒或需要帮助，立即通知护理人员。它可以作为一个家庭系统，在你睡觉时检查你的呼吸——无需穿戴任何设备。医生甚至可以使用雷达远程监测术后恢复或患病的患者。
这项技术正迅速走向实际应用。未来，检查健康状况可能就像走进一个房间一样简单，无形的波和智能的人工智能默默地为你测量生命体征。
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