創新醫療保健 看人體傳感器如何消除痛感（二）

實現單芯片化

　　（1）利用LED測量心跳和脈搏的方法得到了日本大學和豐田等的采用。如圖3所示，這種方法是在手指等觸碰的部分，配置使用LED的發光模塊和使用光電晶體管等的受光模塊，利用血液中的血紅蛋白容易吸收綠色等特定波長的光的特性，用LED照射手指，利用其反射光來檢測脈搏。這種方法的應用比較廣泛，新日本無線已于2013年6月開始銷售將綠色LED和光電晶體管集成在一個封裝內的通用脈搏傳感器。

　　另外，日本大學表示，在利用LED測量脈搏的方法中組合使用了該大學的尾股教授開發的“相移法”技術。日本大學沒有公開具體的機制，不過尾股教授強調，“利用相移法可大幅提高信噪比，所以能獲得精度極高的脈搏波形。正因為如此才能把脈搏轉換成血壓”。

　　自從在MEDICA 2012上展出后，全球各地的企業等紛紛對相移法提出咨詢。尾股教授最近成功地在一枚芯片上集成了含有相移法數據處理的核心部分，他表示，芯片尺寸目前為1cm2見方，不過“數mm見方的小型化也已經有了眉目。屆時就能安裝到便攜終端，因此有望實現利用智能手機配備的用作閃光燈的LED，用智能手機測量脈搏和血壓的方式”。日本大學打算在2013年內與合作伙伴合作推出該芯片。

　　無需新硬件

　　富士通研究所開發出了（2）利用圖像處理測量心跳和脈搏的技術，該技術是通過分析面部視頻的顏色成分來檢測脈搏（圖4）。

　　圖4：僅拍攝面部即可計算出脈率

　　本圖為富士通研究所開發的根據面部視頻測量脈搏的技術的測量原理。將面部顏色分為RGB成分，根據綠色的亮度變化計算脈率。（圖由《日經電子》根據富士通研究所的資料制作）

　　具體而言，富士通研究所也是利用血紅蛋白容易吸收綠色光的特性，通過捕捉面部表面綠色成分的亮度變化來檢測脈搏。首先，根據拍攝的面部視頻，按幀將圖像分成RGB顏色成分并計算出各自的平均亮度，然后從中去除各顏色共同的噪聲，僅提取綠色成分的亮度波形。拍攝視頻后最短只需5秒即可測出脈搏。

　　這種方式所需的視頻分辨率大約為VGA，幀頻只需20幀/秒左右。因此，使用市面上銷售的網絡攝像頭或智能手機配備的攝像頭就足夠。“無需準備新的硬件。實用化時設想的使用方式就是只需將圖像處理軟件作為應用安裝到個人電腦和智能手機上即可”（富士通研究所人本計算研究所人類解決方案研究部主任研究員豬又明大）。計劃2013年內實現實用化。

　　除此之外，微軟在2013年6月于美國洛杉磯舉行的“Electronic Entertainment Expo（E3）”上，利用與該公司的新一代臺式游戲機“Xbox One”配套銷售的手勢輸入控制器“Kinect”，進行了測量脈搏的演示。估計這也是利用圖像處理的技術。

　　著眼于心沖擊圖

　　（3）為利用加速度傳感器的技術，開發出心跳測量技術的是村田制作所。該公司在2013年4月舉行的展會“MEDTEC 2013”上，進行了只需站在體重計型裝置或躺在床上即可測量心率的演示（圖5）。這項測量技術的著眼點是心沖擊圖（BCG，ballistocardiogram）。

　　圖5：只需站在“體重計”上即可測量心率