Smart HealthImage sensors and vision systemsSensor solutions for IoT

10 min

Je dagelijkse gezondheidscheck krijg je in de wagen

Imec ontwikkelt capacitieve, optische en radartechnologie om te integreren in je omgeving om zo – onmerkbaar – je gezondheid te checken.

Scroll

Intro

Gezondheidsfreaks dragen een fitnesstracker rond hun pols, maar ook voor de non-freaks is er iets moois op komst. Door sensor- en radartechnologie te integreren in autostoelen, zetels en kantoorruimten kunnen je ademhaling, hartslag en elektrocardiogram (ECG) discreet gemonitord worden. De automobielindustrie is alvast zeer enthousiast omdat dergelijke technologie (indirect) veel ongevallen kan helpen voorkomen. Maar niet alleen dat: aangezien we steeds meer tijd doorbrengen in de wagen is het gewoon ook de ideale plaats om je dagelijkse gezondheidscheck uit te voeren. 

We spraken met Chris Van Hoof, directeur wearable healthcare en Tom Torfs, ingenieur biomedical and wireless systems bij imec, en ontdekten hoe ze capacitieve, optische en radartechnologie inzetten om unieke ‘beyond wearables’-toepassingen mogelijk te maken.

Iedereen zijn gezondheidstracker?

Volgens het internationale studiebureau IDC zullen er in 2017 meer dan 125 miljoen wearables verkocht worden, een toename van 20% t.o.v. 2016. En tegen 2021 zou dit aantal nog verdubbelen. Onder de gebruikers zien we vooral mensen die bewust bezig zijn met hun gezondheid. Als ze bijvoorbeeld hun gedrag willen veranderen – meer bewegen, gewicht verliezen – kan zo’n wearable motiverend werken, zeker voor een bepaalde periode.

Maar het blijft een feit dat een aanzienlijk deel van de bevolking geen wearable wil of – denk aan chirurgen, brandweerlieden, machine-operatoren – mag dragen. In sommige gevallen zou het dus handig zijn om gezondheidsparameters te meten zonder hiervoor een wearable nodig te hebben.

Zitten en liggen voor een betere gezondheid

Denk bv. aan een wagen. Stel dat je sensoren kan integreren in de autostoel, het stuur en het dashboard – zodat je ademhaling, bloeddruk, hartslag en hartactiviteit continu gemeten kunnen worden. Eerst en vooral kunnen dan veel ongelukken vermeden worden, door het tijdig opsporen van slaperigheid, stress of hartproblemen. Bijvoorbeeld voor zelfrijdende wagens zijn deze metingen een must omdat de automatische piloot zeker moet kunnen zijn dat hij in bepaalde situaties op een alerte bestuurder kan rekenen. En, wanneer een ongeluk dan toch niet vermeden kan worden, kunnen de sensoren de gezondheidstoestand van de bestuurder en passagiers nagaan en automatisch doorsturen naar de hulpdiensten. Tenslotte kan je autostoel je dagelijkse check-up uitvoeren en je wekelijks een rapport sturen met je waarden. 

Dezelfde sensoren kan je trouwens ook integreren in je bureaustoel op kantoor, in de zetel thuis, in een ziekenhuisbed; of in het wiegje van je baby of zelfs de couveuses op de neonatale afdeling. 

Drie ‘beyond wearables’ technologieën

Imec zet in op drie technologieën om zo’n ‘beyond wearables’-tijdperk mogelijk te maken: capacitieve, radar en hyperspectrale sensortechnologie.  

1. Capacitieve sensoren

Imec onderzoekers integreerden capacitieve sensoren op verschillende plaatsen in een bureaustoel en een autozetel om ECG-metingen te doen en ademhaling te detecteren, doorheen kleding. Dit principe is niet nieuw, maar de technologie werd nog niet eerder gebruikt in praktische toepassingen omdat de kwaliteit van de metingen het liet afweten wanneer de persoon in de stoel beweegt of als de auto over een slecht wegdek rijdt. Het was dus een kwestie van deze variabele betrouwbaarheid aan te pakken zodat real-life toepassingen mogelijk worden. 

De oplossing ligt in het gebruik van slimme algoritmes. Allereerst kunnen die bijsturen/compenseren wanneer bewegingen en artefacten gedetecteerd worden en zo de metingen betrouwbaarder maken. Ten tweede kunnen algoritmes het systeem adaptief maken. Dit betekent dat, in goede omstandigheden, een (ECG-)signaal gemeten wordt dat van medische kwaliteit is maar dat, in minder goede omstandigheden, de sensoren overgaan tot een robuuste modus en ruwere metingen doen. Je zal dan bijvoorbeeld nog wel de hartslag kunnen meten, maar geen perfecte ECG-grafiek krijgen. De variabele betrouwbaarheid wordt meegenomen in de metingen en wordt ook gecommuniceerd – samen met de meetresultaten.

Misschien meet je zo – tijdens je rit naar het werk – 15 minuten aan slechte kwaliteit en 45 minuten aan goede kwaliteit. Zolang je dit weet, is dit een heel bruikbaar resultaat. Dit is heel anders dan bv. bij de huidige fitnesstrackers die continu een waarde geven voor je hartslag zonder aan te geven hoe betrouwbaar die meting wel is. 

car seat imec capacitive sensors

Capacitieve sensoren kunnen worden geïntegreerd in een zetel, bed, bureau- of autostoel. Imec ontwikkelde een systeem dat tot 64 sensoren kan ondersteunen. Als je capacitieve sensoren wil gaan gebruiken om ademhaling en hartactiviteit te meten, in praktische toepassingen, is het belangrijk om ook de betrouwbaarheid van de metingen te registreren. 

2. Radar

Imec gebruikt CMOS-technologie om compacte en goedkope radarmodules te maken. Imecs 79GHz-radarmodule, bijvoorbeeld, kan ingezet worden voor car-to-car communicatie. Maar radartechnologie kan ook gebruikt worden om hartslag en ademhaling te meten. Er zijn al radars op de markt die dergelijke parameters kunnen meten bij één stilstaande persoon. Imec-onderzoekers willen echter een stapje verder gaan en verschillende personen in een ruimte opmeten, zelfs als ze bewegen. Ook hier krijg je af te rekenen met een variabele betrouwbaarheid. 

De onderzoekers slaagden erin om met een 5-7GHz radar hartslag en ademhaling te meten van twee verschillende personen in een ruimte, op 2m afstand van de radar. Net als bij de capacitieve sensoren worden ook hier slimme algoritmes ingezet om de variabele betrouwbaarheid aan te pakken en dit geen belemmering te laten zijn voor praktische toepassingen. De radar die in het experiment gebruikt werd, is nog vrij groot en dient voornamelijk om het principe te demonsteren. Uiteindelijk moet een veel kleinere radarmodule gebruikt worden die vrijwel onzichtbaar geïntegreerd kan worden in bv. een kantoorruimte of in het dashboard van een wagen. Eén radarmodule per ruimte is voldoende om verschillende personen op te meten. 

In parallel werken de collega’s van het radarteam aan een nieuw type radar dat werkt bij 140GHz. Deze is zeer compact doordat de antennes heel klein zijn en het volledige systeem geïntegreerd is op één chip. Met deze radar zal zowel de afstand als de richting van een persoon ten opzichte van de radar gemeten kunnen worden, waardoor de metingen voor verschillende personen in een ruimte nog nauwkeuriger zullen zijn.    

3. Hyperspectrale optische sensoren 

Hyperspectrale camera’s detecteren het gereflecteerde licht van objecten, en dat in zeer fijne golflengtebanden. Deze camera’s kunnen onder meer gebruikt worden om de kwaliteit van voeding te controleren, de samenstelling van objecten, enz. Imec ontwikkelt hyperspectrale camera’s op basis van CMOS-technologie waardoor ze veel compacter en goedkoper zijn dan de types die vandaag gebruikt worden. Hierdoor gaan ze veel breder inzetbaar worden.

Met gewone RGB-camera’s kan je onder bepaalde omstandigheden al iemands hartslag en ademhaling meten. Met hyperspectrale camera’s kan je dit ook en wel zeer nauwkeurig; en er kan nog meer: bv. het zuurstofgehalte in iemands bloed meten. Dit kan bv. nuttig zijn in ziekenhuizen, of voor babymonitoring thuis. Nu heb je al babyfoons met een gewone camera, maar in de toekomst kan dit voor enkele euro’s extra een hyperspectrale camera zijn.

Sensors combineren voor gezond autorijden, werken, ...

Door bovenstaande technieken te combineren – zogenaamde sensorfusie – worden betrouwbare metingen mogelijk. Bijvoorbeeld: capacitieve sensoren kunnen in de autostoel gebruikt worden voor ECG-metingen en ademhaling. Maar als de bestuurder een dikke trui of jas draagt, wordt dat moeilijker. Door ook een radar te integreren in het dashboard, voor hartslag en ademhaling, wordt het mogelijk om de metingen te combineren en zo tot een eindresultaat te komen dat in alle omstandigheden bruikbaar is. In een kantoor kunnen capacitieve sensoren dan weer verwerkt worden in de bureaustoel terwijl er een radar of optische sensoren in de laptop kunnen zitten. In een huiskamer kan een zetel met capacitieve sensoren gebruikt worden in combinatie met een tv-scherm of verlichtingspunt met radar of optische sensoren. In een (ziekenhuis)bed kunnen capacitieve sensoren in de matras geïntegreerd worden. Samen met fabrikanten van dergelijke producten willen we nu nagaan hoe deze technologie voor gezondheidsmetingen verder nuttig kan worden ingezet. 

Het is uiteraard niet de bedoeling om de bestaande medische meetinfrastructuur in een ziekenhuis te vervangen door deze sensoren. Bekijk het eerder als een aanvulling, waarbij de sensoren toelaten om lichaamsparameters ten allen tijde op te meten – zelfs daar waar dit vandaag nog niet kan of niet praktisch is. 

Bovendien opent dit de deur naar nieuwe toepassingen buiten het ziekenhuis – voor het opvolgen van chauffeurs of piloten bijvoorbeeld, of voor gebruik in de thuiszorg waar vroege detectie van bijvoorbeeld hartproblemen vele mensenlevens kan redden.  

imec

Door verschillende meettechnieken te combineren – zogenaamde ‘sensor fusion’ – worden betrouwbare metingen mogelijk, voor een brede waaier aan toepassingen. 

 

Meer weten?

  • Dit onderzoek kadert in het imec.iChange-programma. Hierin wordt hardware en software ontwikkeld voor wearables en ‘beyond wearables’. Eén voorbeeld is de door imec ontwikkelde MUSEIC-chipfamilie die uniek is omwille van de compactheid, het lage verbruik en de lage productiekost. Vandaag vooral ontwikkeld voor contactmetingen en gebruikt in bv. pleisters, armbanden en headsets, worden deze chips nu aangepast zodat ze ook non-contactmetingen aankunnen.
  • Wil je graag de technische paper "Robust wireless capacitive ECG system with adaptive signal quality and motion artifact reduction," (2016 IEEE International Symposium on Medical Measurements and Applications) lezen, neem dan contact op via imecmagazine@imec.be
  • Contacteer Chris Van Hoof via Chris.VanHoof@imec.be en Tom Torfs via Tom.Torfs@imec.be 

 

Biografie Chris Van Hoof

Chris Van Hoof leidt imecs personal health R&D-activiteiten in Leuven, Eindhoven en Gent waar de onderzoeksteams innovatieve oplossingen creëren voor artsen, patiënten en voor diagnose, preventie en coaching. Chris houdt ervan dingen te maken die echt werken: naast het creëren van talloze werkende prototypes voor klanten heeft zijn werk geleid tot 5 imec spin-offs (4 in het domein van de gezondheidszorg). Hij heeft meer dan 600 publicaties op zijn naam staan en was al meer dan 100 keer aanwezig als gastspreker op internationale congressen. Hij is tevens professor aan het ESAT departement van de KU Leuven.

Biografie Tom Torfs

Tom Torfs stuurt de activiteiten op non-contact health sensing binnen het personal health team. Hij behaalde zijn ingenieursdiploma elektronica in 2001 van KIH De Nayer en een masterdiploma in biomedische technologie van de KU Leuven in 2010. Hij werkt sinds 2001 bij imec als systeemonderzoeker en -architect. Daarbij ontwikkelde hij verschillende compacte draadloze systemen, bouwend op imec’s sensor, draadloze en packaging technologie, met een focus op sensoren voor biomedische applicaties en body area networks. Hij is (co-)auteur van meer dan 50 publicaties, 12 als eerste auteur en 2 patenten.

Deze website maakt gebruik van cookies met als enige doel het analyseren van surfgedrag, zonder enige commerciële insteek. Lees er hier meer over.

Accepteer cookies