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文/陳根
據《自然·光子學》雜志最新發表的論文顯示，悉尼大學的研究人員開發出了一種準確監測呼吸的系統，不需要跟患者有任何的接觸。
監測病人的生命體征對于跟蹤他們的健康和身體機能至關重要。目前醫院使用的許多方法都需要與病人進行有線接觸，而這對于部分特殊病人來說，是有著極大的實現困難的，比如全身燒傷到幾乎沒有可接觸的皮膚。
為了解決有線接觸的局限性，科研人員開發了基于攝像頭監測系統的非接觸式替代方案。攝像頭雖然可以進行非接觸式的監測，但是也存在著兩個現實問題：對照明條件和皮膚顏色的變化過于敏感；對病人的隱私問題存在威脅，因為病人的高分辨率圖像會被記錄并存儲在云計算基礎設施中。
為了克服攝像頭系統帶來的問題，研究人員將目標轉向了光子學。其運作邏輯是：一個光子收發器通過脈沖激光器產生微波信號，在擊中目標后將信號返回到基于光子學的接收器。
比起傳統的基于電子技術的射頻雷達，光子雷達可以產生非常寬的無線電頻率信號，提供高度精確和同步的多重跟蹤對象，這主要歸因于它是基于光的光子系統——而不是傳統的電子設備——來產生、收集和處理雷達信號的。
同時，研究人員用光探測和測距（LiDAR）補充了他們的光子系統，使用脈沖光波來測量距離。雖然LiDAR單獨提供良好的范圍和分辨率，但它穿透衣服等物體的能力是有限的。而將雷達和LiDAR結合在一起，便使該設備具有了兩者的優勢，并有一個內置的備份系統。該研究的通訊作者Yang Liu介紹：“我們的系統有能力同時實現雷達和激光雷達檢測，也就是說如果其中任何一個系統遇到故障，另一個系統還可以繼續運作。”
在對設備效果的評估中，研究人員分別通過人類呼吸模擬器和動物對設備進行測試。通過人類呼吸模擬器的應用監測，結果發現，光子雷達可以準確地實時檢測到相距約3.9英寸（10厘米）的兩個目標的呼吸速率。它檢測到了毫米級的不規則呼吸模式，包括較長的吸氣和較短的呼氣以及呼吸的暫停。而對蟾蜍呼吸的視頻記錄，與從該設備中提取的實時數據進行了交叉比對后，研究人員發現該設備準確地測量了動物的呼吸速率，包括兩棲動物常見的間歇性呼吸。
光子雷達遠程準確監測呼吸能力，大大提高了病人的舒適度，減少了交叉感染的風險。此外，它還能從一個集中的站點同時監測多個病人。對于該設備的應用前景，研究人員表示已經可以清晰地看到它的一系列應用，包括醫療保健、監獄部門、老年人和家庭護理，以及獸醫和畜牧業的用途。
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