CN111358464A - 一种针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其目的是为了解决卧床病人有监测生命体征的需求但不方便穿戴接触式设备的问题。本发明利用毫米波雷达不需要与被测对象直接接触的优点，利用波普勒效应，通过对接收到的毫米波雷达的一系列处理得到病人胸部表面的振动信息，进而计算出心率与呼吸频率。通过多种谱估计方法协同、设计呼吸谐波滤波器来提高计算结果的准确性。从而实现使用便捷、测量精度高、非接触式的针对卧床病人的生命体征监测方法。
Description
技术领域
本发明涉及一种非接触式生命体征监测方法，特别是涉及一种应用于针对卧床病人非接触式生命体征监测的方法。
背景技术
本发明涉及一种非接触式生命体征监测方法，特别是涉及一种应用于针对卧床病人的非接触式生命体征监测的方法。
生命体征是体内生命活动的基本表现，是标志生命活动存在与质量的重要征象，也是评估身体的重要项目之一。生命体征的监测常用于医疗、日常体征监测、灾后救援等情景。及时地检测出体征的异常，有助于及时发现生命活动的异常，进行预警。
常用的生命体征监测装置多为接触式设备，需要被测人员穿戴相应的设备才可进行体征监测，但是在一些被测人员不方便穿戴设备、设备易脱落、易对被测对象造成较强刺激的情况下，接触式传感器往往无法胜任长时间的监测的工作，此外，接触式设备对穿戴方式往往也有一定的限制。为了克服这些固有的局限性和不便利性，提出了使用非接触式的传感器来读取生命体征，而毫米波雷达依靠其非接触式测量的方式，可为解决上述问题提供有效技术手段。
本发明通过利用高频的毫米波雷达能够弥补传统接触式测量工具的不便利性和局限性，此外，高频的毫米波雷达还能弥补低频毫米波雷达的低精度问题。
本发明还考虑了单一谱估计方法的局限性以及呼吸谐波对心率的影响，通过多种计算方法协同和设计滤除呼吸谐波的滤波器来提高最终结果的准确度。
发明内容
本发明通过基于高频毫米波雷达的非接触式生命体征测量设备能够弥补传统接触式或接触式设备穿戴麻烦的缺点；同时又能弥补低频毫米波雷达低精度的缺点，特别适用于针对卧床病人提供非接触式生命体征监测方案。
本发明采用的方法是：
将设备通过支架安装于病人胸腔的正上方或天花板，向卧床病人发射高频毫米波的线性调频连续波，接收其反射波后，进行数据预处理，然后利用根据呼吸和心跳引起胸部表面振动频率和幅度不同的特点设计的带通滤波器进行呼吸和心跳的数据分类，对心跳数据单独进行移动噪声损毁检测与处理，利用基于分数域变换、FFT、自相关分析、峰值间隔分析的谱估计法计算出各方法下呼吸和心跳的频率以及置信参数，根据置信参数进行加权决策，计算出呼吸和心跳的频率结果。最后根据该结果计算出呼吸的谐波及其对心率的影响，若有影响则需要利用设计好的滤波器滤除心跳数据中的谐波，然后重新计算心率。
与现有生命体征监测方法相比，本发明的有益效果是：
1)本发明提供了一种针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，解决了接触式生命体征监测设备的穿戴不便性。
2)本发明提供的一种基于高频毫米波雷达的非接触式生命体征监测方法，通过提高毫米波的频率，提高了测量的精度。
3)本发明在计算心率前考虑到了较大运动带来的扰动，提高了最终结果的准确性。
4)本发明在计算心率和呼吸频率时采用了多种谱估计方法，最后利用各自的置信参数来为最终的决策进行加权判断，避免了单一计算方法的局限性，提高了最终计算结果的准确性。
5)本发明在计算心率时考虑到了呼吸谐波对心率计算的干扰，设计了合适的滤波器在呼吸谐波对心率计算造成干扰的情况下移除心跳数据中的谐波，提高了最终计算结果的准确性。
附图说明
图1为一种针对卧床病人的非接触式生命体征测量方法的工作方式及场景示意图。
图2为一种基于高频毫米波雷达的非接触式生命体征测量方法的工作流程图。
具体实施方式
本发明公开了一种针对卧床病人的非接触式生命体征测量方法，其目的是为了解决卧床病人穿戴接触式设备不方便的问题，以及低频毫米波雷达精度低的缺点。本发明利用了毫米波雷达不需要接触被测对象的优点，通过提高毫米波雷达的频率来提高精度。通过对接收到的雷达波设计数据的预处理方法，设计分离呼吸与心跳数据的滤波器，设计提取呼吸和心跳频率的多种谱估计协同计算方法，设计滤除心跳数据中呼吸谐波的滤波器，从而实现非接触式、精度高、使用便捷的生命体征监测方案。其具体步骤如下：
设备的安装：
本发明的方法中，非接触设备安装于卧床病人的上方，可架于空中或安装于天花板下。设备利用毫米波的多普勒效应，在与卧床病人没有直接接触的情况下实时监测病人的呼吸与心率，通过移动损毁监测、多种谱估计法协同、提高毫米波的频率、移除呼吸谐波来提高测量精度。
步骤1：数据预处理。
在分离心跳和呼吸数据之前，需要对获得的数据进行相位上的处理。首先对雷达接收器接收到的毫米波信号进行傅里叶变换，然后提取其相位值，进行相位解缠运算，最后计算出发射信号与接收信号之间的相位差，用于后续计算。
步骤2：信号分离。
在计算心率和呼吸频率之前，必须将心跳和呼吸的数据分离开。
心跳和呼吸均会引起人体表面微弱振动。一般而言，心跳引起的振动频率约为0.8-2.0Hz，振幅约为0.1-0.5mm；呼吸引起的频率约为0.1-0.5Hz，振幅约为1-12mm。根据心跳和呼吸引起的胸腔震动幅度和频率的区别，设计一个带通滤波器对其进行滤波、分类。
步骤3：移动噪声污染判断与处理。
对于心跳数据，还需要计算该段数据中波的能量，当能量过高时，说明受到了较大运动的干扰，会影响设备的测量精度，需要对该段数据进行等比缩放或者弃置该段数据。
步骤4：计算呼吸频率和心率。
对于呼吸频率和心率的计算，可以分别利用基于分数域变换、FFT、自相关分析、峰值间隔分析的谱估计方法。对处理完的数据进行多种方法的谱估计，计算出各自的置信参数和频率结果后，再根据各个置信参数进行加权决策，计算出最终的呼吸频率和心率结果，可以进一步降低测量结果的误差。
步骤5：计算呼吸频率的谐波并在心跳数据中将其滤除。
根据计算出的呼吸频率和心率，判断呼吸谐波是否与心率重叠，若有重叠则需要利用设计好的滤波器在心跳数据中滤除呼吸谐波并重新计算心率。
综上所述，本发明提出的一种针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法解决了穿戴接触式监测设备给卧床病人带来的不便以及低频毫米波雷达精度不够的问题，同时通过多种谱估计法协同、移动噪声移除、设计一种呼吸谐波滤波器的方法来进一步提高最终结果的准确度。
最后应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (7)
1.发明公开了一种针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其特征在于利用置于卧床病人上方的高频毫米波雷达来实现非接触式的生命体征监测。利用多普勒效应和线性调频连续波获取卧床病人的胸部表面振动情况，利用高频率的毫米波来提高测量精度。根据心跳和呼吸引起的胸部表面振动幅度和频率不同，设计滤波器提取并区分呼吸频率和心跳频率。利用基于分数域变换、FFT、自相关分析、峰值间隔分析的谱估计法计算出各方法下的呼吸和心跳的频率以及置信参数，根据置信参数进行加权决策，计算出呼吸和心跳的频率。然后计算出呼吸的谐波以及对心率的影响，若有影响则利用设计好的滤波器滤除心跳数据中的谐波，最后用相同的方法重新计算心率。
2.根据权利要求1所述的针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其特征在于：非接触设备安装于卧床病人的上方，可架于空中或安装于天花板下。设备可利用毫米波的多普勒效应，在与卧床病人没有直接接触的情况下实时监测病人的呼吸与心率，利用高频的毫米波来提高测量精度。
3.根据权利要求1所述的针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其特征在于：步骤1中建立数据预处理流程。对雷达接收器接收到的信号进行傅里叶变换，提取其相位值，进行相位解缠运算，最后计算出信号的相位差，用于下一步呼吸与心跳数据的分离。
4.根据权利要求1所述的针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其特征在于：步骤2中选取合适的滤波器分离呼吸和心跳数据。心跳和呼吸均会引起人体表面的微弱振动。一般而言，心跳引起的振动频率约为0.8-2.0Hz，振幅约为0.1-0.5mm；呼吸引起的频率约为0.1-0.5Hz，振幅约为1-12mm。根据心跳和呼吸引起的胸腔震动幅度和频率的区别，可以设计合适的带通滤波器对其进行区分。
5.根据权利要求1所述的针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其特征在于：步骤3中需要计算心跳信号中的移动噪声能量，并做出是否弃置或等比缩小该段数据的决策。由于较大的运动会产生较强的噪声，干扰心率的计算，所以需要计算该段数据的波的能量，如果能量过高，则需要按照一定的比例缩小或者弃置该段数据。
6.根据权利要求1所述的针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其特征在于：步骤4中对于心跳和呼吸的数据分别进行基于分数域变换、FFT、自相关分析、峰值间隔分析的谱估计，计算出各自方法下的频率值和置信参数，最后根据置信参数进行加权决策。
7.根据权利要求1所述的针对卧床病人的非接触式生命体征监测方法，其特征在于：步骤5中根据计算出的呼吸频率与心率来计算呼吸谐波及其对心率的影响，当呼吸频率与心率在某些相对应的频段时，呼吸产生的谐波会对心率的计算产生影响，此时需要利用设计好的滤波器滤除心跳数据中的呼吸谐波并重新计算心率。
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Cited By (5)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111887828A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-06 | 中南大学湘雅医院 | 围术期患者非接触式生理信息监测装置、计算机设备和存储介质 |
| CN111990968A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-27 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | 一种信号监测方法、设备、存储介质及系统 |
| CN112965060A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-15 | 加特兰微电子科技(上海)有限公司 | 生命特征参数的检测方法、装置和检测体征点的方法 |
| CN113116342A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-16 | 上海交通大学 | 一种基于毫米波雷达的生命信号监测方法 |
| CN114246579A (zh) * | 2020-09-23 | 2022-03-29 | 深圳绿米联创科技有限公司 | 心率值确定方法及装置、终端设备及存储介质 |
Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106175723A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-12-07 | 中国人民解放军第三军医大学第附属医院 | 一种基于fmcw宽带雷达的多生命监护系统 |
| US20180279884A1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Texas Instruments Incorporated | Multi-person vital signs monitoring using millimeter wave (mm-wave) signals |
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2018
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Patent Citations (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN106175723A (zh) * | 2016-06-27 | 2016-12-07 | 中国人民解放军第三军医大学第附属医院 | 一种基于fmcw宽带雷达的多生命监护系统 |
| US20180279884A1 (en) * | 2017-03-29 | 2018-10-04 | Texas Instruments Incorporated | Multi-person vital signs monitoring using millimeter wave (mm-wave) signals |
Cited By (6)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN111887828A (zh) * | 2020-07-08 | 2020-11-06 | 中南大学湘雅医院 | 围术期患者非接触式生理信息监测装置、计算机设备和存储介质 |
| CN111990968A (zh) * | 2020-08-07 | 2020-11-27 | 北京航空航天大学杭州创新研究院 | 一种信号监测方法、设备、存储介质及系统 |
| CN114246579A (zh) * | 2020-09-23 | 2022-03-29 | 深圳绿米联创科技有限公司 | 心率值确定方法及装置、终端设备及存储介质 |
| CN114246579B (zh) * | 2020-09-23 | 2024-03-15 | 深圳绿米联创科技有限公司 | 心率值确定方法及装置、终端设备及存储介质 |
| CN112965060A (zh) * | 2021-02-19 | 2021-06-15 | 加特兰微电子科技(上海)有限公司 | 生命特征参数的检测方法、装置和检测体征点的方法 |
| CN113116342A (zh) * | 2021-04-26 | 2021-07-16 | 上海交通大学 | 一种基于毫米波雷达的生命信号监测方法 |
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