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無需與患者有任何接觸即可準確監測呼吸的系統。

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，然而對于部分特殊病人來說，比如全身燒傷幾乎沒有可接觸的皮膚，這種接觸方式存在實現上的困難。

為了克服有線接觸的局限性，科研人員開發了一種基于攝像頭監測系統的非接觸式替代方案。雖然攝像頭可以進行非接觸式監測，但存在兩個現實問題：對照明條件和皮膚顏色的變化過于敏感；同時，對病人的隱私問題也存在威脅，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。

為了解決這些問題，研究人員將目標轉向光子學。該系統的運作原理是：一個光子收發器通過脈沖激光器產生微波信號，并將信號返回到基于光子學的接收器，從而實現呼吸的監測。

相較于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，用于產生、收集和處理雷達信號。

同時，研究人員還使用光探測和測距（LiDAR）技術來補充他們的光子系統，使用脈沖光波來測量距離。雖然LiDAR單獨提供了良好的范圍和分辨率，但它在穿透衣物等物體方面的能力有限。通過將雷達和LiDAR結合在一起，這一設備兼具了兩者的優勢，并具備內置的備份系統。該研究的通訊作者Yang Liu介紹道：“我們的系統能夠同時實現雷達和激光雷達的檢測。這意味著，如果其中一個系統遇到故障，另一個系統仍然可以繼續運作。”

在設備效果的評估中，研究人員分別使用人類呼吸模擬器和動物進行了測試。通過人類呼吸模擬器的應用監測，結果顯示光子雷達可以準確實時地檢測到兩個目標之間約3.9英寸（10厘米）的呼吸速率，并能檢測到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。通過對蟾蜍呼吸的視頻記錄，并與從該設備中提取的實時數據進行比對，研究人員發現該設備能夠準確測量動物的呼吸速率，包括兩棲動物常見的間歇性呼吸。

光子雷達的遠程準確監測呼吸能力極大地提高了病人的舒適度，并減少了交叉感染的風險。此外，該系統能夠從一個集中的站點同時監測多個病人。研究人員表示，他們已經清晰地看到該設備在醫療保健、監獄部門、老年人和家庭護理，以及獸醫和畜牧業等領域的廣泛應用前景。