• 技術名稱
  • 以Wi-Fi訊號為基礎之免接觸式自適應呼吸頻率偵測系統
  • 計畫單位
  • 國立交通大學
  • 展區位置
  • 僅供線上展示
  • 聯絡人
  • 方凱田
  • 電子信箱
  • ktfeng@mail.nctu.edu.tw
技術說明 呼吸為人體重要的生命特徵指標之一,其可反應人的健康狀況與睡眠品質,因此,呼吸頻率成為偵測人體健康的一項重要指標,呼吸偵測也成為一項重要技術。現今市面上的呼吸偵測儀器或商品,大多以攜帶裝置或手持裝置為主,攜帶裝置可以利用裝置內的加速器偵測人體胸腔的起伏來估測呼吸頻率,手持裝置則透過口腔呼出的二氧化碳濃度來偵測呼吸頻率。但是大多數使用者並不喜歡配帶著額外的裝置,且若是要進行長時間的偵測,如何維持裝置的電量以及其對使用者帶來攜帶上或使用上多餘的負擔都將會成為需要解決的難題。同時,若以睡眠時的呼吸偵測為目標,攜帶型的器材勢必會造成使用者極大的不便性。因此,發展非接觸式的呼吸偵測能有效的解決以上的問題,讓長時間呼吸頻率偵測更加便利且不會造成多餘的負擔。

目前在非接觸式呼吸偵測上的研究,大多是針對雷達(Radar)系統來設計的,利用呼吸時胸腔的起伏對雷達反射路徑造成的督卜勒效應來計算呼吸頻率,較常見的雷達設備如超寬頻雷達(Ultra-Wideband, UWB)、毫米波雷達、超音波雷達等。雖然部分技術較為成熟也能達到不錯的偵測精準度,但相對而言,這些設備較為昂貴,用途單一,一般家庭很少會為了實現呼吸偵測而購買或使用到這些設備。我們所提出的呼吸頻率偵測技術利用Wi-Fi來作為偵測的無線訊號媒介,Wi-Fi是我們平時接觸到最多的無線訊號源,相對於其他類的無線訊號來說,其取得成本較低且佈建方式較為容易,並可以穩定獲得與呼吸頻率相關的可靠資訊。在進行呼吸偵測的同時,Wi-Fi路由器也能繼續執行原本的功能,讓使用者可以利用同一台路由器上網,而不會限制其在單一用途上,讓呼吸偵測成為原本路由器的附加價值。

我們利用人體在呼吸時所產生的胸腔起伏對Wi-Fi無線訊號通道狀態資訊(Channel State Information, CSI)的影響,以訊號處理的方式將通道的影響轉換成呼吸頻率,提出了免接觸式自適應呼吸頻率偵測系統(SARE: Self-Adaptive Respiratory Rate Estimation),可以藉由Wi-Fi無線傳送/接收裝置的CSI訊號來偵測人體呼吸頻率。透過自我調整,此系統將睡眠時間偵測切割成不同時間段並判斷出人體翻身、呼吸停止等特殊動作或異常狀態發生的時間點,將可抵抗環境變異及人體變動造成的影響,達到使用者身上無需攜帶裝置、並精準偵測呼吸頻率的目的。
科學突破性 在使用者無需攜帶裝置的前提下,我們發展的自適應呼吸頻率偵測系統可以不需要事先進行訓練與假設呼吸模型,僅利用Wi-Fi裝置當下收到的資料進行呼吸偵測。系統可在短時間內自行調整所需要的模型進行呼吸頻率的計算,有效減少非接觸式系統佈建的時間與難度,此技術也可找出人體睡眠時翻身次數、呼吸中止以反應睡眠品質。
產業應用性 在使用者無需攜帶裝置的前提下,透過我們所發展的自適應性呼吸頻率偵測系統SARE,將可使Wi-Fi裝置應用在睡眠呼吸偵測上,來幫忙改善睡眠品質,檢測是否有發生呼吸中止的相關症狀。也能在防疫上幫忙判斷是否有出現呼吸急促的症狀,可以提供一般家庭所擁有的Wi-Fi路由器的絕佳附加價值。
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