CN102088903A - 用于多普勒雷达的自动发射功率调节 - Google Patents

用于多普勒雷达的自动发射功率调节 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种多普勒雷达心脏传感器，包括雷达信号发射器(102)；雷达信号接收器(103)；信号模式匹配器(106)；以及发射功率调节器(108)。信号模式匹配器(106)被连接到所述雷达信号接收器(102)并被布置成分析接收的雷达信号(105)，将所述接收的雷达信号与信号模式进行比较，并在检测到所述接收的雷达信号与信号模式中的至少一个之间具有足够高的相似性时发出对应的指示信号。发射功率调节器(109)被连接到所述雷达信号发射器(102)和所述信号模式匹配器(106)，所述发射功率调节器被布置成逐步修改传递给所述雷达信号发射器(102)的发射功率，直到所述信号模式匹配器发出所述指示信号。本发明还涉及一种对应的方法和计算机程序产品。

Description

用于多普勒雷达的自动发射功率调节
技术领域
本发明涉及使用多普勒(Doppler)雷达技术检测心脏运动的领域。更具体而言，本发明涉及一种多普勒雷达心脏传感器和用于调节多普勒雷达心脏传感器的发射功率的方法。
背景技术
通常，检测和评价心脏活动和健康状态对于医生和保健专业人员而言是常见并且重要的任务。这适用于人心脏和动物心脏两者。当前对于心脏活动检测和评价有几种选择。ECG测量在个人保健方面作为评估患者的心肌电激励性能的标准工具具有较长的历史。更近来的产品通过在小型手持装置中的心率变异性分析使患者能够观察其心脏负荷(stress)水平。当今仍然缺乏的是同时检测ECG(电激活)以及其通过心肌到机械作用的转换，这将实现临床以及个人保健(PHC)情形下的广泛应用。与ECG信息一起分析的心脏机械运动中的问题与心脏负荷以及甚至严重的心-血管状况相关。已经发现射血前期-限定为ECG的Q波和主动脉瓣打开的时间差-是心理学中精神紧张的指示符(例如，参见H.Boudoulas等人的文章，“Effectof increased Adrenergetic Activity on the Relationship Between Electrical andMechanical Systole”，Circulation 64，No.1，198，在此将其公开全文并入)并且与基于脉搏波方法的血压测量尤其相关。为了测量内部器官的机械运动，现有技术是超声、阻抗心动描记术、心音描记术或计算机断层摄影(CT)和磁共振断层摄影(MRT)成像模式。这些技术中的大部分仅在非常有限数量的情况下适用于PHC应用。像MR和CT的一些技术并不适用于PHC应用。超声测量通常需要受过训练的人员在允许超声波穿透身体的窗口之一上定位探头。阻抗心动描记术要求在患者胸廓上放置若干电极，这对于非专业人员而言是困难的。尽管智能纺织物是即将来临的新机遇，但对于点测量的工作仍然十分重要。心音描记术是医学界中非常成熟的技术，并提供经由瓣膜打开和闭合时的心音以及与严重状况相关的杂音的信息。在实践中，发现放置扩音器相当困难。雷达技术已经得到深入研究，用于军事和援救应用中受检者心率和呼吸率的远程监测。此外，电磁(EM)波允许经由检测身体内导电边界层上的反射来配准内部器官的运动。我们已经证明，可以检测心率、呼吸、血管扩张-适于脉搏传播时间测量-和更为复杂的心脏运动阶段(例如，参见发明人J.Muehlsteff等人发表的文章：“The use of a two channel Doppler Radar Sensor for the detection of heartmotion phases”，2006，IEEE EMBC 2006，会议录)。本文涉及多普勒雷达传感器的使用，例如如发明人发表的上述文章所述，以前可以从Infineon获得的KMY24型多普勒雷达传感器。在此通过引用将J.Muehlsteff等人在2006，IEEE EMBC 2006，会议录中的文章“The use of a two channel DopplerRadar Sensor for The detection of heart motion phases”全文并入。
当使用多普勒雷达传感器对不同受检者进行心脏测量时发生的问题之一是身体尺度和脂肪组织层厚度的差异。身体组织对电磁波具有高吸收系数。因此，尤其对于超重和肥胖受检者而言，接收到的多普勒雷达信号被严重衰减。增大发射功率将补偿这一衰减，并且为了具有可靠的可诊断信号将要求这样做。然而，过多增大功率将致使传感器过于灵敏，并导致从感兴趣区域之外的运动引起伪影。此外，在电池供电的应用中，应当避免不必要的高功率消耗。
本申请描述了可用于以尽可能低的电磁辐射水平和发射功率获得最高信号质量的两个实施例。本申请增大发射功率直到识别出心脏信号或使用外部已知的运动以将发射功率调节到最佳值。
发明内容
希望实现一种多普勒雷达心脏传感器，其以这样一种方式调节发射功率：使其适于获得预期的信号质量，但不高于该值，即不高于需要的值。这种策略节省电能，这在电池供电的装置中是有益的，与此同时，使患者对电磁辐射的暴露最小化，同时维持足够的信号质量。还希望使多普勒雷达心脏传感器能够考虑到患者的物理性质。为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本发明的第一方面中，提供了一种多普勒雷达心脏传感器，其包括雷达信号发射器、雷达信号接收器、信号模式匹配器和发射功率调节器。信号模式匹配器被连接到雷达信号接收器并被布置成分析接收的雷达信号。信号模式匹配器还被布置成将接收的雷达信号与信号模式进行比较，并在检测到接收的雷达信号与信号模式中的至少一个之间具有足够高的相似性时发出对应的指示信号。发射功率调节器被连接到雷达信号发射器和信号模式匹配器。发射功率调节器被布置成逐步修改传递给雷达信号发射器的发射功率，直到信号模式匹配器发出指示信号。
雷达信号接收器可以包括天线和放大器。此外，雷达信号接收器可以包括多普勒分析部分，其确定发射的雷达信号和接收的雷达信号之间的频率偏移量。雷达信号发射器可以包括天线和可调节的放大器。
还希望提供一种能够可靠地区分心搏信号与来自其他源的信号的多普勒雷达心脏传感器。在实施例中，通过将接收的雷达信号的性质与典型心搏信号的性质进行比较的信号模式匹配器来解决这一问题。心率和检测到的运动的形状是这种性质的范例。
还希望提供一种多普勒雷达心脏传感器，其能够直接将接收的雷达信号与已知对应于心脏活动的信号进行比较。可以预先记录这些已知对应于心脏活动的信号，记录可能覆盖若干类型的患者(身高、年龄、性别、健康状态、……)和患者活动的水平(休息、行走、工作、……)。
此外，希望通过提供校准来辅助确定最佳发射功率设置。在实施例中，通过包括雷达信号接收器覆盖区域中已知的校准运动的多普勒雷达感测信号的信号模式来解决这一问题。多普勒雷达传感器对其覆盖区域中的活动做出反应。已知校准运动的性质中的至少一些是预先知道的。因此，识别它们对接收的雷达信号和/或在发射的雷达信号和接收的雷达信号之间比较所得信号的贡献是相对简单的任务。
还希望提供一种多普勒雷达心脏传感器，其能够执行校准运动，用以直接访问和/或控制校准运动的性质。在实施例中，通过包括用于产生已知校准运动的运动物体的多普勒雷达心脏传感器来解决这一问题。应当指出，在多普勒雷达心脏传感器的主要部件和运动物体之间不必有物理连接。
此外，希望提供一种多普勒雷达心脏传感器，其能够调节其发射功率，以便获得足以用于对接收的信号的后续分析的标准信号质量。此外还希望利用代表或指示信号质量的标准将观察到的信号质量与标准信号质量进行匹配。在实施例中，通过还包括用于先前校准会话的校准信号质量测量的存储器的多普勒雷达心脏传感器来解决这些问题和其他问题，其中，信号模式匹配器确定当前信号质量，而发射功率调节器在当前质量测量等于或优于校准信号测量时停止修改发射功率。
还希望提供一种多普勒雷达心脏传感器，其在确定在接收的雷达信号中是否存在可检测的心脏信号时能够使用来自其他信息源的信息。在实施例中，通过还包括被连接到信号模式匹配器的心电图信号接口的多普勒雷达心脏传感器来解决这一问题，其中，信号模式匹配器还将接收的雷达信号与经由心电图接口提供的信号进行比较。
在上述多普勒雷达心脏传感器之外，希望实现一种用于调节多普勒雷达心脏传感器的发射功率的方法，其以这样一种方式调整发射功率：使得装置的功耗不会高于所需，并使患者对电磁辐射的暴露最小化，同时维持足够的信号质量。还希望该方法考虑到患者的物理性质。为了更好地解决这些问题中的一个或多个，在本发明的第一方面中，在本发明的第二方面中，提供了一种用于调节多普勒雷达心脏传感器的发射功率的方法，其包括：
a)发送多普勒雷达信号；
b)接收接收的雷达信号；
c)分析接收的雷达信号；
d)将接收的雷达信号与信号模式进行比较；
e)如果所述比较表明接收的雷达信号与信号模式中的至少一个之间具有足够高的相似性时终止用于调节的方法，或通过逐步修改发射功率并重复动作a)到e)来调节发射功率。
应当指出，在该方法终止之后，可以基于时间安排(例如每10秒钟)、基于操作员的交互或基于对工作期间接收的雷达信号的持续/间断分析再次调用该方法。
此外，希望提供一种用于发射功率调节的方法，其避免了对发射功率的可能有害设置。在实施例中，通过以下操作解决这一问题：调节发射功率包括将发射功率从低水平逐步增大到检测到足够高相似性的水平。
还希望提供一种用于发射功率调节的方法，其对信号质量的变化做出反应并调节发射功率，从而可以实现必需的信号质量和功耗之间的合理折衷。这样具有附加的优点，即患者对电磁辐射的暴露不高于所需值。在实施例中，通过以下方式解决这些问题：调节发射功率包括将发射功率从先前的高水平逐步减小到接收的雷达信号与信号模式中的至少一个之间的相似性具有最低容许值的水平。
此外，希望提供一种用于发射功率调节的方法，其能够可靠地区分心搏信号与来自其他源的信号。在实施例中，通过以下操作解决这一问题，将接收的雷达信号与信号模式进行比较包括将接收的雷达信号的性质与典型心脏信号的性质进行比较。
还希望提供一种用于发射功率调节的方法，其便于通过提供校准来确定最佳发射功率设置。在实施例中，通过该方法解决这一需求，该方法还包括在多普勒雷达心脏传感器的覆盖区域中放置执行已知校准运动的运动物体。
此外，希望提供一种用于发射功率调节的方法，其能够获得足以用于对接收的信号的后续分析的标准信号质量。此外还希望利用代表或指示信号质量的标准将观察到的信号质量与标准信号质量进行匹配。在实施例中，通过还包括以下步骤的方法解决这些问题和其他问题：在动作a)之前：使用校准物体和预选定的发射功率校准多普勒雷达心脏传感器以确定校准信号测量。这一校准信号测量代表动作e)中的信号模式之一。
还希望提供一种用于发射功率调节的方法，其能够在确定接收的雷达信号中是否存在可检测的心脏信号时使用来自其他信息源的信息。在实施例中，通过还包括以下步骤的方法解决这一问题：接收与心脏的电活动对应的心电图信号以及将接收的雷达信号与心电图信号进行比较以确定接收的雷达信号是否与由心脏的电活动导致的心搏对应。
此外还希望实现一种计算机程序，其在为多普勒雷达心脏传感器找到最佳发射功率设置时起辅助作用。为了更好地解决这一问题和可能的其他问题，在本发明的第三方面中，提供了一种计算机程序，其使得处理器能够执行上述方法。
可以任意组合不同的技术特征并于此一起公开了这种组合。具体而言，但并非排他地，多普勒雷达心脏传感器可以包括以下的任何组合：雷达信号发射器、雷达信号接收器、信号模式匹配器、发射功率调节器、用于生成已知的校准运动的运动物体、用于校准信号质量测量的存储器以及心电图接口。关于用于调节多普勒雷达心脏传感器发射功率的方法，上述动作的任何组合都是可能的并于此一起被公开。具体而言，但并非排他地，可以组合以下动作中的两个或更多：
发送多普勒雷达信号；
接收接收的雷达信号；
分析接收的雷达信号；
将接收的雷达信号与信号模式进行比较；
如果所述比较表明接收的雷达信号与信号模式中的至少一个之间具有足够高的相似性时终止用于调节的方法，或通过逐步修改发射功率并重复先前的动作来调节发射功率；
将发射功率逐步从低水平增大到某一水平；
将发射功率从先前的高水平逐步减小到接收的雷达信号与信号模式中的至少一个之间的相似性具有最低容许值的水平；
比较接收的雷达信号与信号模式中的至少一个的性质具有最低容许值；
在多普勒雷达心脏传感器的覆盖区域中放置运动物体，执行已知的校准运动；
使用校准物体和预选定的发射功率校准多普勒雷达心脏传感器以确定校准信号测量；
接收与心脏的电活动对应的心电图信号以及将接收的雷达信号与心电图信号进行比较以确定接收的信号是否与由心脏电活动导致的心搏对应。
各种实施例可以解决以下问题中的一个或多个：
当使用多普勒雷达传感器时，信号质量达到最高，同时功耗和患者对电磁辐射的暴露最小；
使外部噪声源的影响最小化；
针对患者的胸廓特性(尺度、脂肪)调整辐射功率。
参考下文描述的实施例，本发明的这些和其他方面将显而易见并得到阐述。
附图说明
图1示出了本发明实施例的示意性方框图。
图2和3示出了随时间接收的雷达信号的无可见心跳(图2)和有可见心跳(图3)的图示。
图4示出了根据本发明实施例的方法的流程图。
图5示出了根据本发明另一实施例的方法的流程图。
图6示出了图示说明针对苗条人士的信号质量和发射功率之间关系的图示。
图7示出了图示说明针对肥胖人士的信号质量和发射功率之间关系的图示。
图8示出了本发明实施例的示意性方框图。
图9示出了用于校准的多普勒雷达心脏传感器、患者和运动物体的布置。
具体实施方式
图1示出了本发明实施例的示意性方框图。多普勒雷达心脏传感器100包括多普勒雷达信号发射器102和多普勒雷达信号接收器103。在工作期间，多普勒雷达信号发射器102在人或动物胸部的方向上发射雷达信号104。在示意图中利用患者的皮肤124、身体组织123和心脏122图示说明人的胸部。心脏122位于皮肤124下方的特定深度，并且在图1中图示说明了该深度并由字母d表示。心脏深度d在患者之间可能变化很大。对于苗条的人士，深度d相当小，而对于大个人士或肥胖人士，d可以取相对高的值。
在不同身体组织中电磁波的传播性质变化显著。在2.4GHz的频率，以下性质是相关的：
Figure BDA0000043270410000081
使用多普勒雷达传感器对不同受检者进行胸廓测量时发生的问题之一是身体尺度和身体组织层厚度的差异。若干身体组织对电磁波具有高吸收系数。因此，尤其对于超重和肥胖的受检者而言，接收的雷达信号105被严重衰减。增大发射功率将补偿这一衰减，并且为了具有可靠的可诊断信号将要求这样做。
然而，对于具有薄层身体组织的受检者(苗条的或重量不足的受检者)而言，增大发射也将增大雷达传感器对检测不希望的器官运动或身体周围小的但也处在多普勒雷达心脏传感器视场中的其他运动的灵敏度。这意味着对于苗条的受检者，可以利用比肥胖受检者小得多的功率操作多普勒雷达心脏传感器。根据实际需要自动调节发射功率有助于节省电能，如果装置是由电池供电的，这尤其让人感兴趣。此外，在医学系统中患者安全是重要的问题。存在关于电磁辐射安全性的问题。如果将多普勒雷达传感器用于心脏或胸廓测量，电磁辐射被发射并被身体组织吸收。这种吸收的效果正在深入研究之中。
多普勒雷达心脏传感器还可以包括多普勒雷达分析器101，多普勒雷达分析器101确定发射的雷达信号104和接收的雷达信号105之间的频率偏移量。从视场中确定的频率偏移量，多普勒雷达分析器101可以确定视场内的运动物体和运动程度/强度。可以将多普勒雷达分析器视为雷达信号接收器103的一部分，但也可以是分立的。
多普勒雷达分析器101被连接到信号模式匹配器106，信号模式匹配器106接收与来自多普勒雷达分析器101的分析结果对应的信号。图1中的插图图示说明了作为一维时间变量信号s的示范性分析结果。信号模式匹配器106被连接到信号模式存储器107，信号模式存储器107包含与典型心脏运动对应的预先记录的模板信号。例如，可以通过在分析结果s和信号模式存储器107中存储的多个信号之间执行互相关来进行信号匹配。
在输出端，信号模式匹配器106被连接到发射功率调节器108。在信号模式匹配器106和发射功率调节器之间交换的信号可以是例如获得的发射功率是否足够、是否过低或其是否过强的指示。根据该信息，信号功率调节器108通过改变例如发射功率放大器109的工作参数来维持、增大或减小发射功率。另一选择是改变数模转换器的工作参数，或通过适当切换插入或绕过电阻器。
功率放大器109在其输入之一处被连接到多普勒雷达心脏传感器100的微处理器或控制器110。微处理器110控制多普勒雷达心脏传感器100的操作。功率放大器109的另一输入被连接到功率源111，诸如开关模式的电源或电池。
功率放大器109的输出被连接到雷达信号发射器102。根据为多普勒雷达心脏传感器100选定的操作模式，以脉冲或连续方式为雷达信号发射器102供应电功率。
图2示出了无可见心搏的随时间变化接收的雷达信号的图示。可以将这解释为发射功率过弱的指示。然而，缺失可见的心搏也可能是由多普勒雷达心脏传感器的错误定位或部件故障导致的。假设正确采用多普勒雷达心脏传感器并且其可以工作，信号模式分析器108(参考图1)将图2中所示的信号解释为“发射功率过低”。在图2中，发射功率仍然过低，并且传感器未拾取到心脏信号，因为电磁辐射全部在传感器和心壁之间的身体组织中被吸收。
图3类似于图2，但这次存在可见的心脏信号。可见心脏信号大致对应于心脏的收缩运动。心脏信号的一个性质是其频率。人的心脏通常每分钟跳动50到200次之间。于是，周期时间在0.3到1.2秒之间。可以使用这一知识在接收的雷达信号内区分出心脏信号。图3示出了发射功率被足够地增大以便穿透传感器和心壁之间的身体组织的情况。增大发射功率，直到信号质量水平已经到达预设水平为止。可以使用在另一患者身上具有可接受信号质量的参考测量来预设这一水平。
图4示出了根据第一实施例的方法的流程图。该方法开始于动作401。在动作402中，将发射功率设置为零，即“PWR＝0”。在动作403中将发射功率增加特定量德耳塔(delta)，即“PWR＝PWR+DELTA”。可以对接收的雷达信号执行分析，在动作404中根据分析判断是否可以检测到心搏，即“检测到心搏？”。否则，该方法跳回到动作403以进一步增大发射功率。如果在动作404中可以检测到心搏，在动作405中开始心脏运动的实际测量。该方法在动作406结束。
根据受检者的身体尺度，动作403和404之间的循环主动调节多普勒雷达信号的发射功率。有两种可能的优化动作。一种优化是从很多不同受检者和身体形状获得信号，而无需向患者附接其他装置或附加的硬件。在这种情况下，信号质量维持在用户设置的信号质量的水平。第二种优化用于最佳信噪比。在这种情况下，将一个或多个附加已知的运动物体附接于患者作为已知“噪声”，并确保噪声最小且从心脏接收的信号最大。
在图4中描绘的情形中，将发射功率从0逐渐增大到可以可靠地检测到心搏信号的值。这种策略确保了可以从很多不同受检者和身体形状获得心搏信号。利用心脏信号的特性检测心脏信号。心脏信号通常的频率范围为50到180min-1或0.8到3Hz。此外心脏的搏动还具有能够加以利用的典型形状或周期。可以使用如上述Muehlsteff等人的文章中描述的心脏周期中的典型特征点来识别心搏信号。通过使用这些特征，可以区分源自心壁的信号和周围的运动信号。如果结合ECG测量使用多普勒雷达传感器，心率可以从ECG测量提取并可用于在多普勒信号输出中找到已知的心率信号。
在测量期间可以再次调用该方法，以便调节发射功率设置，从而适应可能同时发生的变化(例如，由于多普勒雷达心脏传感器的测量位置的变化导致)。在那种情况下，可以跳过动作402，并且该方法将开始于当前的发射功率设置。
图5示出了根据第二实施例的方法的流程图。该方法开始于动作501。在动作503中将发射功率设置为零，即“PWR＝0”，然后增加特定的量，即“PWR＝PWR+DELTA”。接下来，测量信号质量标准SC。将信号质量标准的测量值SC测量与信号质量标准的阈值SC阈值进行比较，即“比较SC测量与SC阈值”。如果在分支点505确定比较产生的结果指示接收的信号足够强，那么在动作506执行心脏运动的实际测量。在相反情况下，该方法分支返回到动作503，并进一步增大发射功率。该方法在动作507结束。
只要发射功率过低而不能穿透脂肪层和肌肉组织，就检测不到心脏信号并且必须要增大发射功率。一旦能够可靠地检测到心脏信号，就达到了发射功率的正确水平，并且不再增大发射功率，以避免带来更多噪声信号。根据其应用需要，可以由用户或其他人设置达到可靠和所需质量心脏信号时的标准。可以对苗条的人执行测量并可以从该测量设置信号质量。
图6示出了图示说明在图5的论述中提到的信号质量标准和发射功率Pe之间的关系的图示。在图6中，针对苗条人士给出了该关系，即发射的雷达信号和接收的雷达信号在行进通过患者胸部时仅受到轻微衰减。
大致地，在图6和7的图示中可以区分四个主要区域I到IV。在区域I中，发射功率如此之低使得发射的或至少反射的信号在身体组织内被吸收。于是，没有信号可以检测到，并且信号质量标准SC非常低。在区域II中，发射的信号到达心脏，并且心脏实际反射信号。然而，接收的信号对于可靠地检测而言仍然过于微弱。尽管如此，在区域II中可以观察到信号质量标准SC的陡峭增加。区域III对应于发射的信号足够强以引起足够强的反射信号的最佳区域。然而在区域IV中，多普勒雷达心脏传感器可能开始拾取到过多的周围运动。这可能导致信号质量和信噪比的劣化。因此，图6和7中所示的曲线在该区域中可能实际会再次减小。
参考图6，将发射功率设置成预选定的表示最小但足够的发射功率的值Pe，0。对于苗条人士，假设接收的心脏信号将具有良好的信号质量，因为信号在其通过人胸部的路径上微弱衰减。在对苗条人士进行的校准会话期间，于是能够获得针对信号质量标准的阈值SC阈值。
现在参考图7，图示说明了针对肥胖人士的信号质量标准SC和发射功率Pe之间的关系。可以看出，为了获得相同信号质量需要更高的发射功率，即，曲线发生偏移并向右展宽。此外，曲线还可能更为平坦，因为在皮肤和心脏之间的身体组织中发生了更多的吸收。如果要获得的信号质量对应于SC阈值处的阈值信号质量(参考图6，在对苗条人士的校准会话期间确定)，那么必须将发射功率选择为值Pe，1。
图8示出了根据另一实施例的多普勒雷达心脏传感器的方框图。与相对于图1图示说明和描述的部件类似或相同的那些部件具有相同的附图标记。在这一实施例中，用心电图信号的输入替代信号模式存储器107。心电图设备ECG经由两个或更多个电极被连接到患者胸部。心电图设备ECG提供图8中插图所示的心电图信号。心电图信号被提供给多普勒雷达心脏传感器并在内部转发给信号模式匹配器106。对于信号模式匹配器106而言，对患者心电图信号的了解是有价值的一条信息，因为它便于检测接收的雷达信号内的心脏信号。具体而言，心电图信号可以提供信号相对于心脏运动(通常稍微滞后于心电图信号)的定时的良好估计。在另一实施例中，多普勒雷达心脏传感器可以包括信号模式存储器107和心电图设备的输入两者。
图9示出了多普勒雷达心脏传感器100、患者胸部和运动物体901的布置。运动物体901以频率fV运动以产生校准运动。可以通过同步连接SYNC将运动物体901连接到多普勒雷达心脏传感器100，从而为多普勒雷达心脏传感器提供关于运动物体901执行的运动的准确信息，但这是任选的。还任选的是多普勒雷达心脏传感器100和运动物体901之间的控制连接。从图9可以看出，从多普勒雷达心脏传感器100发射的雷达信号通过患者身体行进并穿过心脏122。如果发射功率足够强，发射的雷达信号到达放置运动物体901的患者背部。从运动物体901反射的信号沿着多普勒雷达心脏传感器的方向返回。图9的右部示出了由多普勒雷达分析器101提供的被分析信号的谱。可以预计在频率fV处有奇异峰值。当校准运动的频率被选定为远高于心脏信号的典型频率时，然后可以应用低通滤波器LP或带通滤波器，其减少校准运动在接收的信号中的贡献。作为备选，可以在成功校准之后关闭校准运动。频率fV实际上更高，并且不是心脏频率fH的倍数，因此可以区分出心脏信号与其反射信号。在这一实施例中，将发射功率增加到这样的水平，使得仅能够利用带通滤波器或低通滤波器从接收的信号提取运动物体的已知频率fV。然后灵敏度仅到达物体而不再更远。这确保了来自心壁反射的非常有利的信号质量，同时避免了不必要高的辐射水平以及从患者周围的其他物体拾取不希望的反射。
在图9的情形下，未根据预定义的质量标准调节发射功率。然而，通过这样一种方式优化信噪比：使得可能在传感器视场中的其他运动物体不会导致显著的噪声。那么心脏的反射信号具有最大信号强度。对于这种情形，在传感器的视场中增加了附加的已知噪声源(运动物体)。然后调节发射功率，使得来自这些已知物体的反射不会显著干扰信号。在这一情形下，发射功率足够高以获得心脏信号，但不是过高，由此避免了传感器灵敏度增大到不可接受的水平。
尽管已经在附图和上述说明中详细图示说明和描述了本发明，但是应当将这样的图示说明和描述看作是说明性或示例性的，而不是限定性的；本发明不限于所公开的实施例。例如，可以在雷达信号是在除2.4GHz之外的另一频率发射的实施例中操作本发明。多普勒雷达传感器可能能够处理和产生视场的二维或三维图像，大致相当于从计算机断层摄影或磁共振成像中获得的图像。雷达发射器和雷达接收器不必在单个外壳中，而是可以是分立的。此外，分析电路和电源电路(包括功率放大器109)还可以位于分立的外壳中，该外壳可以放在桌面上、支架上等。在图9中图示说明运动物体的呼吸器可以是任何类型的运动物体，例如钟摆或振动的物体。
本发明可以用于测量心脏机械活动以评估心脏泵送性能的所有应用中。这是相当于使用ECG测量的电激励的附加信息。应用包括使用传感器在成像系统中进行选通，其中，必须检测心脏泵送周期中的静止阶段。本发明能够将雷达传感器用于具有不同尺度的不同患者。
通过研究附图、说明书和所附的权利要求，本领域的技术人员能够在实践所要求保护的本发明的过程当中理解并实施针对所公开的实施例的其他变型。在权利要求中，“包括”一词不排除其他元件或步骤，不定冠词“一”或“一个”不排除多个元件或步骤。可以通过单个处理器或其他单元实现权利要求中陈述的几个项目的功能。在互不相同的从属权利要求中陈述某些措施不表示不能有利地采用这些措施的组合。可以将计算机程序存储/分布在适当的介质当中，例如，所述介质可以是光存储介质或者与其他硬件一起提供的或者作为其他硬件的部分的固体介质，但是，还可以使所述计算机程序通过其他形式分布，例如，通过因特网或者其他有线或无线电信系统。权利要求中的任何附图标记不应被视为具有限制范围的作用。

Claims (15)

1.一种多普勒雷达心脏传感器，包括：
雷达信号发射器(102)；
雷达信号接收器(103)；
信号模式匹配器(106)，所述信号模式匹配器被连接到所述雷达信号接收器(102)并被布置成分析接收的雷达信号(105)，将所述接收的雷达信号与信号模式进行比较，并在检测到所述接收的雷达信号与所述信号模式中的至少一个之间具有足够高的相似性时发出对应的指示信号；
被连接到所述雷达信号发射器(102)和所述信号模式匹配器(106)的发射功率调节器(108)，所述发射功率调节器被布置成逐步修改传递给所述雷达信号发射器(102)的发射功率，直到所述信号模式匹配器发出所述指示信号。
2.根据权利要求1所述的多普勒雷达传感器，其中，所述信号模式匹配器(106)将所述接收的雷达信号(105)的性质与典型心搏信号的性质进行比较。
3.根据权利要求1所述的多普勒雷达心脏传感器，其中，所述信号模式对应于多普勒雷达感测的心脏活动的信号。
4.根据权利要求1所述的多普勒雷达心脏传感器，其中，所述信号模式包括在所述雷达信号接收器的覆盖区域中多普勒雷达感测的已知的校准运动的信号。
5.根据权利要求4所述的多普勒雷达心脏传感器，还包括用于生成所述已知的校准运动的运动物体(901)。
6.根据权利要求1所述的多普勒雷达心脏传感器，还包括用于先前校准会话的校准信号质量测量的存储器，其中，所述信号模式匹配器(106)确定当前信号质量，并且所述发射功率调节器(108)在所述当前信号质量测量等于或优于所述校准信号测量时停止修改所述发射功率。
7.根据权利要求1所述的多普勒雷达心脏传感器，还包括被连接到所述信号模式匹配器(106)的心电图信号接口，其中，所述信号模式匹配器还将所述接收的雷达信号与经由所述心电图接口提供的信号进行比较。
8.一种用于调节多普勒雷达心脏传感器的发射功率的方法，所述方法包括：
a)发送多普勒雷达信号(104)；
b)接收接收的雷达信号(105)；
c)分析所述接收的雷达信号；
d)将所述接收的雷达信号与信号模式进行比较；
e)如果所述比较表明在所述接收的雷达信号与所述信号模式中的至少一个之间具有足够高的相似性时终止用于调节的所述方法，否则通过逐步修改所述发射功率并重复动作a)到e)来调节所述发射功率。
9.根据权利要求8所述的方法，其中，调节所述发射功率包括将所述发射功率从低水平逐步增大至检测到所述足够高的相似性的水平。
10.根据权利要求8所述的方法，其中，调节所述发射功率包括将所述发射功率从先前的高水平逐步减小到所述接收的雷达信号(105)与所述信号模式中的至少一个之间的相似性具有最低容许值的水平。
11.根据权利要求8所述的方法，其中，将所述接收的雷达信号(105)与信号模式进行比较包括将所述接收的雷达信号的性质与典型心搏信号的性质进行比较。
12.根据权利要求8所述的方法，还包括放置运动物体(901)，在所述多普勒雷达心脏传感器的覆盖区域中执行已知的校准运动。
13.根据权利要求8所述的方法，还包括
在动作a)之前，使用校准物体和预选定的发射功率校准所述多普勒雷达心脏传感器以确定校准信号测量；
其中，所述校准信号测量表示在动作e)中的所述信号模式中的一个。
14.根据权利要求8所述的方法，还包括接收与所述心脏(122)的电活动对应的心电图信号以及将所述接收的雷达信号与所述心电图信号进行比较以确定所述接收的雷达信号是否对应于由所述心脏(122)的所述电活动导致的心搏。
15.一种计算机程序产品，其包括指令，所述指令使处理器能够执行根据权利要求8所述的方法。
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