مراقبة العلامات الحيوية بدقة عالية باستخدام رادار الموجات المليمترية

المؤلف: فريق لينبويف للتكنولوجيا | تاريخ النشر: أكتوبر ٢٠٢٥

خلاصة

تتزايد أهمية مراقبة العلامات الحيوية بدون تلامس في الرعاية الصحية، وإدارة الرعاية الصحية المنزلية، والأثاث الذكي. أظهرت دراسة نُشرت في مجلة Nature Scientific Reports (2024) أن رادار الموجات المليمترية (mmWave) المُدمج مع خوارزمية DR-MUSIC يُمكنه قياس معدل ضربات القلب بخطأ أقل من 3% ومعدل التنفس بخطأ أقل من 4%. تتناول هذه المقالة هذه النتائج، وتستكشف كيف يُمكن لتقنية Linpowave تطبيق رادار الموجات المليمترية في بيئات عملية. كما تُقدم إرشادات حول التنفيذ والتحسين والاستخدام العملي في المستشفيات والمنازل وحلول الأثاث الذكي.

مقدمة

تتزايد الحاجة إلى مراقبة دقيقة بدون تلامس مع تزايد أعمار السكان وانتشار الأمراض المزمنة. قد تُسبب الأجهزة التي تتطلب تلامسًا، مثل لاصقات تخطيط القلب أو أجهزة مراقبة المعصم، انزعاجًا، وضعفًا في الالتزام، وخطر الإصابة بالعدوى. تتجنب المستشعرات الضوئية والأشعة تحت الحمراء التلامس، ولكنها غالبًا ما تواجه صعوبة في الإضاءة الخافتة أو الظلال، أو عندما تحجب الملابس الجسم.

يكتشف رادار الموجات المليمترية الحركات الدقيقة للصدر الناتجة عن ضربات القلب والتنفس. وقد أكدت الدراسة المنشورة في مجلة Nature Scientific Reports أن دمج خوارزميات DR-MUSIC مع ترشيح المتوسطات يسمح بقياسات موثوقة لمختلف أنواع الجسم والبيئات. ويعتمد Linpowave على هذا العمل، مقدمًا طرقًا عملية لتطبيق رادار الموجات المليمترية في بيئات حقيقية مع الحفاظ على الدقة والموثوقية.

المبادئ التقنية

كشف الإشارة

يعمل رادار الموجات المليمترية بإصدار موجات متواصلة معدلة التردد، ويلتقط الإشارات المنعكسة من حركات الصدر الصغيرة. تُنتج هذه الانعكاسات تحولات ترددية تُشير إلى أنماط ضربات القلب والتنفس. وعلى عكس المستشعرات البصرية، لا يتأثر رادار الموجات المليمترية بالضوء، ويمكنه اختراق الملابس أو الفراش الخفيف.

معالجة البيانات وتحسينها

وجدت دراسة نيتشر أن تقنية DR-MUSIC، مقترنةً بتصفية المتوسطات، تُوفر قياسات دقيقة للعلامات الحيوية. وقد حسّنت Linpowave هذا النهج ليناسب الظروف الواقعية.

• تم تصميم مجموعات الهوائي لتحسين الدقة الاتجاهية، مما يساعد على التمييز بين عدة أشخاص في نفس المنطقة.

• تعمل ميزة التصفية في الوقت الفعلي على إزالة الضوضاء البيئية لاستخراج الحركات الصغيرة بدقة.

• تقوم الخوارزميات بفصل الإشارات من الأفراد المختلفين، حتى عندما تحدث حركات طفيفة.

• يتيح التعديل الديناميكي لمعلمات الخوارزمية للنظام التكيف مع أوضاع مختلفة وأحجام الجسم والمسافات.

وتجعل هذه التحسينات التكنولوجيا قابلة للاستخدام في المستشفيات أو المنازل أو الأنظمة المدمجة في الأثاث.

التحقق من الدقة

أظهرت التجارب التي أُجريت على مسافات تتراوح بين 0.5 و3 أمتار أن أخطاء معدل ضربات القلب تتراوح بين 1.7% و2.6%، بينما تبقى أخطاء معدل التنفس أقل من 4%. كان لظروف الملابس والإضاءة تأثير ضئيل على القياسات. تهدف تحسينات Linpowave إلى الحفاظ على دقة مماثلة خارج ظروف المختبر.

التصور البياني للبيانات والتنبيهات

يمكن عرض البيانات المُجمعة بصريًا، ويمكن للخوارزميات اكتشاف أي تشوهات. على سبيل المثال، تُصدر التغيرات المفاجئة في التنفس أو معدل ضربات القلب تنبيهات. قد تساعد اتجاهات تغيرات معدل ضربات القلب مُقدمي الرعاية أو أفراد الأسرة على اكتشاف المخاطر الصحية المحتملة مبكرًا.

التطبيقات

مراقبة المستشفى عن بعد

يتيح تركيب رادار الموجات المليمترية فوق أسرّة المرضى أو في زواياها مراقبةً مستمرةً دون تلامس. هذا يُقلل من خطر العدوى ويُخفف عبء العمل على طاقم التمريض. في وحدات العناية المركزة، يُمكن لخوارزميات متعددة الأهداف تتبع عدة مرضى في آنٍ واحد. تُنبه تنبيهات بصرية آنية الطاقم عند اكتشاف أي أنماط غير طبيعية.

مراقبة الصحة المنزلية

تتيح أجهزة استشعار الرادار المُدمجة في الأسرّة والأرائك والأثاث مراقبةً على مدار الساعة طوال أيام الأسبوع دون الحاجة إلى أجهزة قابلة للارتداء. وهذا مفيدٌ بشكل خاص لكبار السن أو المصابين بأمراض مزمنة. يمكن ربط الأنظمة بتطبيقات الهاتف المحمول لإخطار أفراد العائلة في حال انخفاض معدل ضربات القلب أو التنفس عن المعدلات الطبيعية.

الأثاث الذكي وتكامل مكان العمل

يتيح دمج الرادار في الكراسي أو أثاث المكاتب مراقبة حركات الصدر الدقيقة. تُسهم هذه البيانات في تتبع التعب، وأنماط التنفس، وتغيرات معدل ضربات القلب. كما يُتيح التصور وتحليل الذكاء الاصطناعي البسيط توجيهات شخصية، مثل تذكيرات بالراحة أو تعديل وضعية الجسم.

التحديات والاستراتيجيات

التعليمات

س1: ما هي العلامات الحيوية التي يمكن لرادار mmWave مراقبتها؟
ج١: يُعدّ معدل ضربات القلب ومعدل التنفس مؤشرين أساسيين. ويمكن أن يشمل التحليل المتقدم عمق التنفس وتباين معدل ضربات القلب.

س2: هل يمكن مراقبته من خلال الملابس أو الفراش؟
ج2: نعم، يمكن لإشارات mmWave اختراق الملابس الخفيفة والبطانيات للحصول على مراقبة دقيقة بدون تلامس.

س3: هل يمكن مراقبة عدة أشخاص في نفس الوقت؟
ج٣: نعم، مع خوارزميات متعددة الأهداف ووضع هوائي مناسب. قد تتطلب الإعدادات المعقدة ضبطًا إضافيًا.

س4: كيف يمكن للمستخدمين المنزليين تطبيق هذه التقنية؟
ج٤: ثبّت أجهزة استشعار الرادار في الأسِرّة والأرائك والأثاث. تُنبّه هذه الأجهزة مُقدّمي الرعاية أو أفراد الأسرة في حال وجود قراءات غير طبيعية.

س5: هل رادار mmWave آمن؟
ج5: تستخدم موجات كهرومغناطيسية منخفضة الطاقة تتوافق مع معايير السلامة الدولية ولا تشكل ضررًا على البشر.

س6: هل تتطابق دقة العالم الحقيقي مع التجارب؟
ج٦: أظهرت نتائج المختبر أخطاءً في معدل ضربات القلب أقل من ٣٪ وأخطاءً في معدل التنفس أقل من ٤٪. تُقرّب تحسينات Linpowave التطبيقات العملية من هذه المستويات.

خاتمة

يوفر رادار الموجات المليمترية مراقبة دقيقة وفورية دون تلامس، ويعمل في بيئات متنوعة. وقد أكدت التجارب المنشورة في مجلة Nature Scientific Reports فعاليته. بفضل تقنية Linpowave، يمكن استخدام رادار الموجات المليمترية في المستشفيات والمنازل والأثاث الذكي، مما يوفر بيانات صحية موثوقة وقابلة للتنفيذ. يتيح التصميم الدقيق للهوائيات، وتحسين الخوارزميات، واستراتيجيات التوزيع، إمكانية النشر العملي مع الحفاظ على الدقة والاستجابة.

مراجع

1. تقارير نيتشر العلمية. "طريقة عالية الدقة لكشف العلامات الحيوية تعتمد على رادار الموجات المليمترية". ٢٠٢٤؛ https://www.nature.com/articles/s41598-024-77683-1

2. منتجات وحلول Linpowave: https://linpowave.com/solutions

3. وانغ، ي. وآخرون. "اكتشاف العلامات الحيوية بدون تلامس باستخدام رادار الموجات المليمترية". مجلة IEEE للمستشعرات ، ٢٠٢٣