陈根：光子雷达实现远程多用户呼吸状况监测

据《自然·光子学》杂志最新发表的论文显示，悉尼大学的研究人员开发出了一种无需与患者有任何接触即可准确监测呼吸的系统。

监测病人的生命体征对于跟踪他们的健康和身体机能至关重要。目前医院使用的许多方法都需要与病人进行有线接触，然而对于部分特殊病人来说，比如全身烧伤几乎没有可接触的皮肤，这种接触方式存在实现上的困难。

为了克服有线接触的局限性，科研人员开发了一种基于摄像头监测系统的非接触式替代方案。虽然摄像头可以进行非接触式监测，但存在两个现实问题：对照明条件和皮肤颜色的变化过于敏感；同时，对病人的隐私问题也存在威胁，因为病人的高分辨率图像会被记录并存储在云计算基础设施中。

为了解决这些问题，研究人员将目标转向光子学。该系统的运作原理是：一个光子收发器通过脉冲激光器产生微波信号，并将信号返回到基于光子学的接收器，从而实现呼吸的监测。

相较于传统的基于电子技术的射频雷达，光子雷达可以产生非常宽的无线电频率信号，提供高度精确和同步的多重跟踪对象。这主要归因于它是基于光的光子系统，而不是传统的电子设备，用于产生、收集和处理雷达信号。

同时，研究人员还使用光探测和测距（LiDAR）技术来补充他们的光子系统，使用脉冲光波来测量距离。虽然LiDAR单独提供了良好的范围和分辨率，但它在穿透衣物等物体方面的能力有限。通过将雷达和LiDAR结合在一起，这一设备兼具了两者的优势，并具备内置的备份系统。该研究的通讯作者Yang Liu介绍道：“我们的系统能够同时实现雷达和激光雷达的检测。这意味着，如果其中一个系统遇到故障，另一个系统仍然可以继续运作。”

在设备效果的评估中，研究人员分别使用人类呼吸模拟器和动物进行了测试。通过人类呼吸模拟器的应用监测，结果显示光子雷达可以准确实时地检测到两个目标之间约3.9英寸（10厘米）的呼吸速率，并能检测到毫米级的不规则呼吸模式，包括较长的吸气和较短的呼气，以及呼吸的暂停。通过对蟾蜍呼吸的视频记录，并与从该设备中提取的实时数据进行比对，研究人员发现该设备能够准确测量动物的呼吸速率，包括两栖动物常见的间歇性呼吸。

光子雷达的远程准确监测呼吸能力极大地提高了病人的舒适度，并减少了交叉感染的风险。此外，该系统能够从一个集中的站点同时监测多个病人。研究人员表示，他们已经清晰地看到该设备在医疗保健、监狱部门、老年人和家庭护理，以及兽医和畜牧业等领域的广泛应用前景。