RU2463949C2 - Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse - Google Patents

Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse Download PDF

Info

Publication number
RU2463949C2
RU2463949C2 RU2010154313/14A RU2010154313A RU2463949C2 RU 2463949 C2 RU2463949 C2 RU 2463949C2 RU 2010154313/14 A RU2010154313/14 A RU 2010154313/14A RU 2010154313 A RU2010154313 A RU 2010154313A RU 2463949 C2 RU2463949 C2 RU 2463949C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
signal
respiration
reflected
parameters
frequency
Prior art date
Application number
RU2010154313/14A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2010154313A (en
Inventor
Леся Николаевна Анищенко (RU)
Леся Николаевна Анищенко
Игорь Александрович Васильев (RU)
Игорь Александрович Васильев
Андрей Викторович Журавлев (RU)
Андрей Викторович Журавлев
Сергей Иванович Ивашов (RU)
Сергей Иванович Ивашов
Владимир Всеволодович Разевиг (RU)
Владимир Всеволодович Разевиг
Original Assignee
Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана" filed Critical Государственное Образовательное Учреждение Высшего Профессионального Образования "Московский Государственный Технический Университет Имени Н.Э. Баумана"
Priority to RU2010154313/14A priority Critical patent/RU2463949C2/en
Priority to PCT/RU2011/000400 priority patent/WO2012091617A1/en
Publication of RU2010154313A publication Critical patent/RU2010154313A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2463949C2 publication Critical patent/RU2463949C2/en

Links

Images

Classifications

    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/05Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves 
    • A61B5/0507Detecting, measuring or recording for diagnosis by means of electric currents or magnetic fields; Measuring using microwaves or radio waves  using microwaves or terahertz waves
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1102Ballistocardiography
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/1113Local tracking of patients, e.g. in a hospital or private home
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B5/00Measuring for diagnostic purposes; Identification of persons
    • A61B5/103Detecting, measuring or recording devices for testing the shape, pattern, colour, size or movement of the body or parts thereof, for diagnostic purposes
    • A61B5/11Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb
    • A61B5/113Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing
    • A61B5/1135Measuring movement of the entire body or parts thereof, e.g. head or hand tremor, mobility of a limb occurring during breathing by monitoring thoracic expansion
    • AHUMAN NECESSITIES
    • A61MEDICAL OR VETERINARY SCIENCE; HYGIENE
    • A61BDIAGNOSIS; SURGERY; IDENTIFICATION
    • A61B2503/00Evaluating a particular growth phase or type of persons or animals
    • A61B2503/40Animals

Landscapes

  • Health & Medical Sciences (AREA)
  • Life Sciences & Earth Sciences (AREA)
  • Biomedical Technology (AREA)
  • Molecular Biology (AREA)
  • Veterinary Medicine (AREA)
  • Physics & Mathematics (AREA)
  • Public Health (AREA)
  • Biophysics (AREA)
  • Pathology (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • General Health & Medical Sciences (AREA)
  • Heart & Thoracic Surgery (AREA)
  • Medical Informatics (AREA)
  • Animal Behavior & Ethology (AREA)
  • Surgery (AREA)
  • Dentistry (AREA)
  • Physiology (AREA)
  • Oral & Maxillofacial Surgery (AREA)
  • Cardiology (AREA)
  • Nuclear Medicine, Radiotherapy & Molecular Imaging (AREA)
  • Radiology & Medical Imaging (AREA)
  • Measurement Of The Respiration, Hearing Ability, Form, And Blood Characteristics Of Living Organisms (AREA)
  • Measuring Pulse, Heart Rate, Blood Pressure Or Blood Flow (AREA)

Abstract

FIELD: medicine.
SUBSTANCE: invention relates to field of automated estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and heart beat by means of electromagnetic radiosignals. Method includes reception of signal reflected from said live object; processing and analysis of reflected signal by determination of phase difference, conditioned by signal, reflected from object; obtaining one or several physiological parameters of object. To recognise types of object body movements probing signal with step-by-step frequency modulation is used, as receiver of reflected signals used is coherent square receiver.
EFFECT: absence of necessity of exact positioning by distance with respect to human or animal and improvement of quality of contactless analysis of patient's movements, their respiration and heart beat pattern.
3 cl, 5 dwg

Description

Область техникиTechnical field

Изобретение относится к области автоматизированной оценки параметров двигательной активности, дыхания и сердцебиения человека или животного с помощью электромагнитных радиосигналов.The invention relates to the field of automated assessment of the parameters of motor activity, respiration and heartbeat of a person or animal using electromagnetic radio signals.

Уровень техникиState of the art

Оценка параметров двигательной активности, дыхания и пульса человека может быть актуальна во многих случаях, например при оценке качества сна, диагностике различных типов нарушений дыхания во сне (обструктивное, центральное апноэ и др.). Кроме того, она позволит точно определить количество и характер движений пациента за определенный промежуток времени, сделать вывод о необходимости проведения противопролежневых мероприятий и предотвратить, таким образом, образование пролежней без применения специальных противопролежневых матрасов и подушек. Также оценка двигательной активности необходима при диагностике двигательных расстройств, например болезни Паркинсона или последствий перенесенного инсульта. Предлагаемый способ может быть использован для автоматизированной оценки состояния животных при проведении экспериментов в области фармакологии и зоопсихологии.Evaluation of the parameters of a person’s physical activity, respiration and pulse may be relevant in many cases, for example, in assessing the quality of sleep, diagnosing various types of respiratory disorders in sleep (obstructive, central apnea, etc.). In addition, it will allow you to accurately determine the number and nature of the patient’s movements for a certain period of time, make a conclusion about the need for anti-decubitus measures, and thus prevent the formation of pressure sores without the use of special anti-decubitus mattresses and pillows. An assessment of motor activity is also necessary in the diagnosis of motor disorders, such as Parkinson's disease or the consequences of a stroke. The proposed method can be used for automated assessment of the condition of animals during experiments in the field of pharmacology and zoopsychology.

Способы для автоматизированной оценки параметров двигательной активности, дыхания и пульса человека существуют. Все они могут быть разделены на контактные и бесконтактные. Некоторые из них позволяют регистрировать эти параметры одновременно. Основным преимуществом бесконтактных методов является тот факт, что в отличие от контактных методов их применение не мешает пациенту, не влияет на качество сна испытуемых и не сказывается на результатах экспериментов.Methods for the automated assessment of the parameters of motor activity, respiration and human pulse exist. All of them can be divided into contact and contactless. Some of them allow you to register these parameters at the same time. The main advantage of non-contact methods is the fact that, unlike contact methods, their use does not interfere with the patient, does not affect the sleep quality of the subjects and does not affect the results of experiments.

Предложен контактный метод, в котором для регистрации перемещений человека используют шарик, помещенный в пустотелый корпус, в вершинах которого установлены замыкаемые шариком электрические контакты, корпус имеет возможность установки на верхней части тела пациента (патент РФ 2096995 С1, «Мобильное устройство для регистрации и накопления физиологических параметров распознавания и диагностирования сонно-апноэтического синдрома», опубл. 27.11.1997). Тот факт, что этот способ является по сути контактным, является его основным недостатком. Кроме того, применение такого рода датчика будет оказывать влияние на качество сна испытуемого (пациент не сможет спать на той части тела, к которой прикреплен датчик), для регистрации параметров дыхания и сердцебиения необходимо использование дополнительных датчиков.A contact method is proposed in which a ball placed in a hollow housing is used to record human movements, at the tops of which electrical contacts are closed by a ball, the housing has the ability to be installed on the upper part of the patient’s body (RF patent 2096995 C1, “Mobile device for recording and accumulating physiological parameters of recognition and diagnosis of sleepy apneetic syndrome ", publ. 11/27/1997). The fact that this method is essentially contact is its main disadvantage. In addition, the use of this kind of sensor will affect the sleep quality of the subject (the patient will not be able to sleep on the part of the body to which the sensor is attached), additional sensors are necessary to register respiration and heartbeat parameters.

Также движения конечностей человека могут быть зарегистрированы контактно при помощи акселерометров, фиксируемых на бедре (например, Tritrac-R3D, Hemokentics, Inc.,) или на запястье (ActiWatch AW64, MiniMitter Co.). Однако приборы данного типа позволяют оценивать движение только той части тела, на которой закреплены.Also, movements of human limbs can be detected by contact using accelerometers fixed on the thigh (for example, Tritrac-R3D, Hemokentics, Inc.,) or on the wrist (ActiWatch AW64, MiniMitter Co.). However, devices of this type allow you to evaluate the movement of only that part of the body on which are fixed.

Для бесконтактной оценки двигательной активности предложен способ, в котором датчик выполнен в виде эластичной пневмоемкости (матраса или кресла), давление в которой изменяется при движении человека (А.с. СССР 348203, «Пневматический актограф», опубл. 23.08.1972). Основным недостатком такого типа датчиков является сложность конструкции и низкая точность метода.For a non-contact assessment of motor activity, a method is proposed in which the sensor is made in the form of an elastic pneumatic capacity (mattress or chair), the pressure in which changes with the movement of a person (AS USSR 348203, “Pneumatic actograph”, published on 08.23.1972). The main disadvantage of this type of sensors is the design complexity and low accuracy of the method.

Движение тела человека, его дыхание и сердцебиение также может быть оценено при помощи пьезоэлектрических датчиков, вмонтированных в основание кровати или расположенных под матрасом, в случае, если к ним прикладывается давление, вырабатывается электрический заряд, который может быть зарегистрирован, на этом принципе основан один из методов регистрации движений (патент США 5,724,990, «Устройство для мониторинга человека», опубл. 10.03.1998). Недостатки данного устройства аналогичны предыдущему.The movement of a person’s body, his breathing and heartbeat can also be estimated using piezoelectric sensors mounted in the base of the bed or located under the mattress, if pressure is applied to them, an electric charge is generated that can be detected, one of which is based on methods of registration of movements (US patent 5,724,990, "Device for monitoring a person", publ. 03/10/1998). The disadvantages of this device are similar to the previous one.

Одним из методов бесконтактного мониторинга двигательной активности, дыхания и сердцебиения является оптическая интерферометрия (патент США 6,352,517, «Устройство для оптического мониторинга анатомических движений и способ его применения», опубл. 05.03.2002). К ограничениям данного способа следует отнести тот факт, что сигналы оптического диапазона частот блокируются одеждой и постельными принадлежностями, что делает его неприменимым в случае анализа качества сна или мониторинга малоподвижных больных.One of the methods of non-contact monitoring of motor activity, respiration and heartbeat is optical interferometry (US patent 6,352,517, "Device for optical monitoring of anatomical movements and the method of its application", publ. 05.03.2002). The limitations of this method include the fact that the signals of the optical frequency range are blocked by clothes and bedding, which makes it inapplicable in the case of analysis of sleep quality or monitoring of sedentary patients.

Возможна регистрация движений, дыхания и сердцебиения при помощи ультразвука (выложенная патентная заявка США 2010/0027378, «Способ обнаружения людей», опубл. 04.02.2010), однако соотношение сигнал-шум для данного типа устройств низкое.It is possible to register movements, breathing, and heartbeat using ultrasound (U.S. Patent Application Laid-Open No. 2010/0027378, Method of Detecting People, Published 04.02.2010), but the signal-to-noise ratio for this type of device is low.

Также предложено использовать электромагнитное излучение радиочастотного диапазона для аналогичных целей (выложенная патентная заявка США 2009/0203972, «Способ, система и устройство для мониторинга физиологических сигналов», опубл. 13.08.2009), при этом возможна одновременная регистрация частот дыхания и пульса. Разделение сигналов двигательной активности, сердцебиения и дыхания предполагается осуществлять при помощи специально подобранных фильтров. В качестве ближайшего аналога (прототипа) выбран этот способ, так как в нем для мониторинга движений человека предлагается использовать электромагнитное излучение, но недостатком способа является тот факт, что отсутствует возможность распознавания различных типов движений, таких как движения конечностей, головы, туловища, что является особенно актуальным при оценке качества сна пациента и наблюдении за малоподвижными больными и больными, перенесшими операций. Другим недостатком способа является необходимость точного позиционирования прибора по дальности относительно человека, в противном случае возможны искажения полезного сигнала, падение его мощности, так как испытуемый будет выходить за пределы зоны действия прибора.It is also proposed to use electromagnetic radiation of the radio frequency range for similar purposes (U.S. Patent Application Laid-Open No. 2009/0203972, “Method, System, and Device for Monitoring Physiological Signals,” published August 13, 2009), with simultaneous recording of respiration and pulse frequencies. Separation of signals of motor activity, palpitations and respiration is supposed to be carried out using specially selected filters. This method was chosen as the closest analogue (prototype), since it is proposed to use electromagnetic radiation to monitor human movements, but the disadvantage of this method is the fact that it is not possible to recognize various types of movements, such as movements of the limbs, head, trunk, which is especially relevant when assessing the quality of patient’s sleep and monitoring sedentary patients and patients undergoing surgery. Another disadvantage of the method is the need for accurate positioning of the device in range relative to the person, otherwise distortion of the useful signal, a drop in its power, as the subject will go beyond the range of the device, are possible.

Раскрытие изобретенияDisclosure of invention

Технической задачей предлагаемого изобретения является улучшение автоматизированной оценки параметров дыхания, сердцебиения, типа и интенсивности двигательной активности человека или животного с помощью электромагнитных сигналов радиочастотного диапазона и упрощение процедуры проведения исследования, а именно: отсутствие необходимости точного позиционирования по дальности относительно человека или животного и улучшение качества бесконтактного анализа движений пациента, паттерна его дыхания и сердцебиения.The technical task of the invention is to improve the automated assessment of respiration, heartbeat, type and intensity of motor activity of a person or animal using electromagnetic signals of the radio frequency range and simplify the procedure for conducting research, namely: the lack of the need for accurate positioning in range relative to a person or animal and improving the quality of contactless analysis of the patient's movements, pattern of his breathing and heartbeat.

Данная задача решается тем, что способ автоматизированной дистанционной оценки параметров двигательной активности, дыхания и пульса человека или животного включает прием сигнала, отраженного от указанного живого объекта; обработку и анализ отраженного сигнала путем определения разности фаз, обусловленной сигналом, отраженным от объекта; получение одного или нескольких физиологических параметров объекта. Вышеупомянутые физиологические параметры включают один или несколько параметров, характеризующих дыхание, сердечную активность и телодвижения объекта; преобразование выбранной полученной информации к виду, доступному пользователю. Способ отличается тем, что дополнительно включают распознавание типов телодвижений объекта, для этого используют зондирующий сигнал со ступенчатой частотной модуляцией, а в качестве приемника отраженных от объекта сигналов используют когерентный квадратурный приемник.This problem is solved in that the method of automated remote assessment of the parameters of motor activity, respiration and pulse of a person or animal includes receiving a signal reflected from the specified living object; processing and analysis of the reflected signal by determining the phase difference due to the signal reflected from the object; obtaining one or more physiological parameters of the object. The aforementioned physiological parameters include one or more parameters characterizing respiration, cardiac activity, and body movements of an object; the conversion of the selected received information to the form available to the user. The method is characterized in that they further include recognition of the types of body movements of the object, for this, a probing signal with step frequency modulation is used, and a coherent quadrature receiver is used as a receiver of signals reflected from the object.

Зондирующий сигнал преимущественно формируют в виде пачек из N=4…64 парциальных частотных компонент гигагерцового частотного диапазона, причем величину k-й частотной составляющей в пачке определяют формулой fk=f1+k·Δf, где f1 - первая из N частот, Δf - шаг по частоте, k=1…N - порядковый номер частотной составляющей.The probe signal is mainly formed in the form of bursts of N = 4 ... 64 partial frequency components of the gigahertz frequency range, and the value of the kth frequency component in the packet is determined by the formula f k = f 1 + k · Δf, where f 1 is the first of N frequencies, Δf is the frequency step, k = 1 ... N is the serial number of the frequency component.

В способ включены последовательные стадии: 1) выбора зондирующей частоты, оптимальной для положения объекта относительно приемо-передающего блока устройства, 2) анализа и сопоставления записей, полученных для каждой из зондирующих частот; 3) разбиения записи сигнала на интервалы между периодами, соответствующими телодвижениям живого объекта; 4) определения параметров дыхания и сердечной деятельности.The method includes successive stages: 1) selecting a probe frequency that is optimal for the position of the object relative to the transceiver unit of the device, 2) analyzing and comparing the records obtained for each of the probe frequencies; 3) dividing the signal recording into intervals between periods corresponding to the movements of a living object; 4) determining the parameters of respiration and cardiac activity.

Это приводит к повышению информативности бесконтактного анализа физиологических параметров живого объекта за счет распознавания различных типов движения, при этом в отличие от прототипа нет необходимости точного позиционирования приемника по дальности относительно человека.This leads to an increase in the information content of the non-contact analysis of the physiological parameters of a living object due to the recognition of various types of movement, while in contrast to the prototype there is no need for accurate positioning of the receiver in range relative to the person.

Каждая из квадратур N частотных составляющих в регистрируемом сигнале содержит информацию о перемещении отражающей поверхности живого объекта, однако в силу того, что каждая из зондирующих частот отличается от последующей на Δf, информация, регистрируемая для каждой из них, отличается по амплитуде и спектральному составу, что позволяет обеспечить уверенную регистрацию полезного сигнала для любой дальности между антенным блоком и пациентом в пределах 20 м. Процедура подготовки к проведению исследования упрощается, так как нет необходимости располагать устройство на определенной дальности до человека для того, чтобы получить сигнал удовлетворительного качества.Each of the quadrature N frequency components in the recorded signal contains information about the movement of the reflecting surface of a living object, however, since each of the probing frequencies differs from the subsequent one by Δf, the information recorded for each of them differs in amplitude and spectral composition, which allows you to ensure reliable registration of the useful signal for any range between the antenna unit and the patient within 20 m. The preparation procedure for the study is simplified, since there is no need ti positioning device at a certain distance to the person in order to obtain a satisfactory signal quality.

Перечень чертежейList of drawings

Фиг.1 - схема устройства для осуществления предлагаемого способа.Figure 1 - diagram of a device for implementing the proposed method.

Фиг.2 - схема алгоритма распознавания различных типов движений при помощи устройства, реализующего способ.Figure 2 - diagram of the recognition algorithm of various types of movements using a device that implements the method.

Фиг.3, 4, 5 - графики фиксируемых сигналов.Figure 3, 4, 5 - graphs of the recorded signals.

Осуществление изобретенияThe implementation of the invention

Для осуществления способа используют устройство (схема фиг.1) со следующими функциональными компонентами. «Кварцевый генератор» синхронизирует работу передатчика и приемника. «Передатчик» формирует сигнал со ступенчатой частотной модуляцией в соответствии с заданными параметрами. «Приемник» построен по супергетеродинной схеме с двойным преобразованием частоты (этим обеспечивается высокая чувствительность, избирательность и помехозащищенность), обеспечивает прием сигнала, отраженного от биологического объекта, его преобразование и получение на выходе двух квадратурных компонент. Он предназначен для приема электромагнитного сигнала. «Выходное устройство» содержит усилители и аналоговый многоканальный полосно-пропускающий фильтр (АМППФ), предназначенный для фильтрации постоянной составляющей и высокочастотных помех на каждой из частот передатчика для каждой из квадратурных компонент. АЦП обеспечивает оцифровку каждой из двух квадратурных составляющих. «Микроконтроллер» предназначен для управления синтезатором частот в передатчике, синтезатором частот в приемнике, АМППФ, а также обеспечивает запись оцифрованных значений в файл, который передается в персональный компьютер (ПК) для дальнейшей обработки: выделения из зарегистрированного сигнала данных о параметрах дыхания, сердцебиения, типах и интенсивности телодвижений.To implement the method, use the device (diagram of figure 1) with the following functional components. The “crystal oscillator" synchronizes the operation of the transmitter and receiver. The "transmitter" generates a signal with step frequency modulation in accordance with the specified parameters. The “receiver” is built according to a superheterodyne circuit with double frequency conversion (this ensures high sensitivity, selectivity and noise immunity), provides the reception of a signal reflected from a biological object, its conversion and the receipt of two quadrature components at the output. It is designed to receive an electromagnetic signal. The “output device” contains amplifiers and an analog multichannel band-pass filter (AMPF), designed to filter the DC component and high-frequency interference at each of the transmitter frequencies for each of the quadrature components. The ADC provides digitization of each of the two quadrature components. The "microcontroller" is designed to control the frequency synthesizer in the transmitter, the frequency synthesizer in the receiver, AMPPF, and also provides the recording of digitized values in a file that is transmitted to a personal computer (PC) for further processing: extracting data on the respiration and heartbeat parameters from the registered signal, types and intensity of body movements.

Способ автоматизированной дистанционной оценки параметров двигательной активности, дыхания и пульса человека или животного заключается в следующем. Сигнал, излучаемый передатчиком, отражается от границы раздела сред с различными диэлектрическими свойствами. При этом сигнал, отраженный от человека или животного, приобретает специфическую модуляцию, обусловленную движением тела в целом, его дыханием и сердцебиением. Отраженный сигнал улавливается приемником и поступает в выходное устройство, после чего сигнал оцифровывается при помощи АЦП и передается на ПК. В ПК при помощи алгоритмов фильтрации принимаемый сигнал разделяется на реализации дыхания, сердцебиения и двигательной активности. Далее по зарегистрированным записям квадратур для 16-и частот проводится поиск начальных моментов отдельных последовательностей движений, сравнение отрезков записи, соответствующей движению для каждой из зондирующих частот, после чего делается вывод о принадлежности выбранной последовательности движений к определенному типу.The method of automated remote assessment of the parameters of motor activity, respiration and pulse of a person or animal is as follows. The signal emitted by the transmitter is reflected from the interface between media with different dielectric properties. In this case, the signal reflected from a person or animal acquires specific modulation due to the movement of the body as a whole, its breathing and heartbeat. The reflected signal is captured by the receiver and fed to the output device, after which the signal is digitized using the ADC and transmitted to the PC. In a PC using filtering algorithms, the received signal is divided into the implementation of respiration, heartbeat, and motor activity. Then, using the recorded quadrature records for 16 frequencies, a search is made for the initial moments of individual motion sequences, comparison of recording segments corresponding to the motion for each of the probing frequencies, after which it is concluded that the selected motion sequence belongs to a certain type.

Для распознавания различных типов двигательной активности предложен алгоритм распознавания различных типов движений, состоящий из следующих стадий:To recognize different types of motor activity, an algorithm for recognizing various types of movements, consisting of the following stages, is proposed:

- выбор квадратуры записанного сигнала, имеющей максимальную спектральную плотность мощности;- selection of the quadrature of the recorded signal having a maximum power spectral density;

- определение для выбранной квадратуры величины порогового уровня, характерного для двигательной активности;- determination of the threshold level value characteristic of motor activity for the selected quadrature;

- локализация в выбранной квадратуре с помощью выбранного порогового уровня интервалов времени, когда наблюдаются артефакты движения (tA, А=1,2…М, где М - количество артефактов движения) и когда они отсутствуют (tC, С=1,2…М+1);- localization in the selected quadrature using the selected threshold level of time intervals when motion artifacts are observed (t A , A = 1.2 ... M, where M is the number of motion artifacts) and when they are absent (t C , C = 1.2 ... M + 1);

- определение для каждого из интервалов tC квадратуры записанного сигнала (QNumС), имеющей максимальную спектральную плотность мощности на заданном временном интервале;- determining for each of the intervals t C the quadrature of the recorded signal (QNum C ) having a maximum power spectral density at a given time interval;

- сопоставление спектральной плотности мощности для выбранных квадратур на соседних участках tС и tС+1 и спектральной плотности мощности для артефактов движения на интервале времени tА, для А=С, с целью определения типа артефакта движения, имеющего место в период времени tА.- a comparison of the spectral power density for the selected quadrature in adjacent sections t C and t C + 1 and the spectral power density for artifacts of motion in the time interval t A , for A = C, in order to determine the type of artifact of motion that takes place during the time t A .

Пример реализации способаAn example implementation of the method

Испытуемый (человек) располагался на кровати в положении лежа на спине, на расстоянии 3 м от него устанавливались и направлялись на кровать приемная и передающая антенны устройства. В качестве зондирующего сигнала был использован сигнал, сформированный в виде пачек из 16 частотных компонент в диапазоне от 3,6 до 4,0 ГГц. Запись отраженного от испытуемого сигнала велась в течение 30 минут.The subject (person) was located on the bed in a supine position, at a distance of 3 m from him, the receiving and transmitting antennas of the device were installed and sent to the bed. As a probing signal, a signal formed in the form of bursts of 16 frequency components in the range from 3.6 to 4.0 GHz was used. The reflection from the test signal was recorded for 30 minutes.

В течение этого времени испытуемый по команде оператора выполнял следующие действия:During this time, the subject performed the following actions on the operator’s command:

1) лежал не двигаясь, при этом с помощью предложенного способа осуществлялось выделение сигналов дыхания и сердцебиения из исходного сигнала, принимаемого устройством (Фиг.3);1) lay without moving, while using the proposed method, the breathing and heartbeat signals were extracted from the initial signal received by the device (Figure 3);

2) двигал правой рукой, сгибая ее в локтевом суставе (Фиг.4), соответствующий данному типу телодвижений участок записи обнаружен предложенным способом и классифицирован как «движение руки»;2) moved his right hand, bending it in the elbow joint (Figure 4), the recording section corresponding to this type of body movements was detected by the proposed method and classified as “arm movement”;

3) изменял положение тела относительно устройства, переворачиваясь со спины на правый бок (Фиг.5), соответствующий данному типу телодвижений участок записи обнаружен предложенным способом и классифицирован как «поворот тела».3) changed the position of the body relative to the device, turning from the back to the right side (Figure 5), the recording section corresponding to this type of body movement was detected by the proposed method and classified as “body rotation”.

На Фиг.3, 4, 5 приведены сигналы, соответствующие квадратуре, имеющей максимальную спектральную плотность мощности на временном интервале, приведенном на каждом из графиков. При изменении положения тела относительно устройства происходит изменение номера частоты и квадратуры, имеющей максимальную спектральную плотность мощности на выбранном временном интервале, поэтому на Фиг.5 приведены графики двух квадратур, одна из которых (показана штрихпунктирной линией) имела максимальную спектральную плотность мощности на временном интервале, предшествующем повороту тела, а вторая (показана сплошной линией) - на последующем за поворотом тела временном интервале.Figure 3, 4, 5 shows the signals corresponding to a quadrature having a maximum power spectral density in the time interval shown in each of the graphs. When the body position relative to the device changes, the frequency number and the quadrature having the maximum power spectral density in the selected time interval change, therefore, Fig. 5 shows graphs of two quadrature, one of which (shown by the dash-dot line) had the maximum power spectral density in the time interval, preceding the rotation of the body, and the second (shown by a solid line) - on the time interval following the rotation of the body.

Claims (3)

1. Способ автоматизированной дистанционной оценки параметров двигательной активности, дыхания и пульса человека или животного, включающий прием сигнала, отраженного от указанного живого объекта; обработку и анализ отраженного сигнала путем определения разности фаз, обусловленной сигналом, отраженным от объекта; получение одного или нескольких физиологических параметров объекта, вышеупомянутые физиологические параметры включают один или несколько параметров, характеризующих дыхание, сердечную активность и телодвижения объекта; преобразование выбранной полученной информации к виду, доступному пользователю, отличающийся тем, что дополнительно включают распознавание типов телодвижений объекта, для этого используют зондирующий сигнал со ступенчатой частотной модуляцией, а в качестве приемника отраженных от объекта сигналов используют когерентный квадратурный приемник.1. A method for automated remote assessment of the parameters of motor activity, respiration and pulse of a person or animal, including receiving a signal reflected from the specified living object; processing and analysis of the reflected signal by determining the phase difference due to the signal reflected from the object; obtaining one or more physiological parameters of the object, the aforementioned physiological parameters include one or more parameters characterizing respiration, cardiac activity and body movements of the object; the conversion of the selected received information to a form accessible to the user, characterized in that it further includes recognition of the types of body movements of the object, for this, a probing signal with step frequency modulation is used, and a coherent quadrature receiver is used as a receiver of signals reflected from the object. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что зондирующий сигнал формируют в виде пачек из N=4..64 парциальных частотных компонент гигагерцового частотного диапазона, причем величину k-й частотной составляющей в пачке определяют формулой fk=f1+k·Δf, где f1 - первая из N частот; Δf - шаг по частоте; k=l..N - порядковый номер частотной составляющей.2. The method according to claim 1, characterized in that the probe signal is formed in the form of bursts of N = 4..64 partial frequency components of the gigahertz frequency range, and the magnitude of the kth frequency component in the packet is determined by the formula f k = f 1 + k · Δf, where f 1 is the first of N frequencies; Δf is the frequency step; k = l..N is the serial number of the frequency component. 3. Способ по п.1, отличающийся тем, что в него включены последовательно стадии: выбора зондирующей частоты, оптимальной для положения объекта относительно приемопередающего блока устройства; анализа и сопоставления записей, полученных для каждой из зондирующих частот; разбиения записи сигнала на интервалы между периодами, соответствующими телодвижениям живого объекта; определения параметров дыхания и сердечной деятельности. 3. The method according to claim 1, characterized in that it includes successively stages: selecting a probing frequency optimal for the position of the object relative to the transceiver unit of the device; analysis and comparison of records obtained for each of the probing frequencies; dividing the signal recording into intervals between periods corresponding to the movements of a living object; determination of respiration and cardiac activity.
RU2010154313/14A 2010-12-30 2010-12-30 Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse RU2463949C2 (en)

Priority Applications (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010154313/14A RU2463949C2 (en) 2010-12-30 2010-12-30 Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse
PCT/RU2011/000400 WO2012091617A1 (en) 2010-12-30 2011-06-08 Method for the automated remote evaluation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2010154313/14A RU2463949C2 (en) 2010-12-30 2010-12-30 Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2010154313A RU2010154313A (en) 2012-07-10
RU2463949C2 true RU2463949C2 (en) 2012-10-20

Family

ID=46383372

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2010154313/14A RU2463949C2 (en) 2010-12-30 2010-12-30 Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse

Country Status (2)

Country Link
RU (1) RU2463949C2 (en)
WO (1) WO2012091617A1 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610146C1 (en) * 2015-09-29 2017-02-08 Федеральное государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" Radio-wave doppler detector

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4085740A (en) * 1966-03-28 1978-04-25 Lockheed Corporation Method for measuring physiological parameter
RU2097085C1 (en) * 1994-04-18 1997-11-27 Олег Иванович Фисун Microwave life detector
US20040249258A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-09 Tupin Joe Paul System and method for extracting physiological data using ultra-wideband radar and improved signal processing techniques
RU2392853C1 (en) * 2008-09-26 2010-06-27 Закрытое Акционерное Общество "Нанопульс" Method of remote breath and heartbeat parametre measurement

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4085740A (en) * 1966-03-28 1978-04-25 Lockheed Corporation Method for measuring physiological parameter
RU2097085C1 (en) * 1994-04-18 1997-11-27 Олег Иванович Фисун Microwave life detector
US20040249258A1 (en) * 2003-06-04 2004-12-09 Tupin Joe Paul System and method for extracting physiological data using ultra-wideband radar and improved signal processing techniques
RU2392853C1 (en) * 2008-09-26 2010-06-27 Закрытое Акционерное Общество "Нанопульс" Method of remote breath and heartbeat parametre measurement

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2610146C1 (en) * 2015-09-29 2017-02-08 Федеральное государственное казённое образовательное учреждение высшего профессионального образования "Калининградский пограничный институт Федеральной службы безопасности Российской Федерации" Radio-wave doppler detector

Also Published As

Publication number Publication date
RU2010154313A (en) 2012-07-10
WO2012091617A1 (en) 2012-07-05

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Immoreev et al. UWB radar for patient monitoring
EP2827766B1 (en) System and method for facilitating reflectometric detection of physiologic activity
EP3616611B1 (en) Apparatus, system, and method for monitoring physiological signs
US20100240999A1 (en) Systems and methods for point in time measurement of physiologic motion
KR20110008080A (en) Non-contact physiologic motion sensors and methods for use
Massagram et al. Tidal volume measurement through non-contact Doppler radar with DC reconstruction
KR101910982B1 (en) Method and apparatus for eliminating motion artifact of biosignal using personalized biosignal pattern
JP6310401B2 (en) Method, system and computer program for processing a signal representing a physiological rhythm
Sharma et al. Sleep scoring with a UHF RFID tag by near field coherent sensing
Lanata et al. A multimodal transducer for cardiopulmonary activity monitoring in emergency
Sadek et al. A comparison of three heart rate detection algorithms over ballistocardiogram signals
Sharma et al. A wearable RF sensor for monitoring respiratory patterns
CN110731783B (en) Peak value extraction method for heart rate estimation
De Palma et al. Characterization of heart rate estimation using piezoelectric plethysmography in time-and frequency-domain
Cosoli et al. Heart Rate assessment by means of a novel approach applied to signals of different nature
RU2463949C2 (en) Method of automated remote estimation of parameters of human or animal motor activity, respiration and pulse
Vasu et al. Signal processing methods for non-contact cardiac detection using Doppler radar
JP6901753B2 (en) Measurement system and measurement method
Ebrahim et al. Accurate heart rate detection from on-body continuous wave radar sensors using wavelet transform
Massagram et al. Feasibility of heart rate variability measurement from quadrature Doppler radar using arctangent demodulation with DC offset compensation
Xie et al. Heart rate estimation from ballistocardiogram using hilbert transform and viterbi decoding
Conroy et al. Heart ID: Biometric Identification Using Wearable MIMO RF Heart Sensors
Enayati et al. Machine Learning Approach for motion artifact detection in Ballistocardiogram signals
Townsend et al. Amplitude-based central apnea screening
Erdoğan et al. Microwave noncontact vital sign measurements for medical applications

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20151231