CN112205971A - 一种非接触式脉搏波波速测量装置 - Google Patents

一种非接触式脉搏波波速测量装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种非接触式脉搏波波速测量装置，包括毫米波雷达、控制终端和显示模块，所述毫米波雷达上设置有多天线，所述多天线在毫米波雷达上的角度固定设置，所述角度分别为A1、A2…An，所述控制终端包括数据处理模块和存储模块，多天线构成的毫米波雷达、控制终端和显示模块电信号连接，所述多天线构成的毫米波雷达采集到信号数据传送给数据处理模块，数据处理模块筛选出两路最强的毫米波雷达信号，并计算其信号差，然后再根据信号差计算得到两路毫米波雷达信号的脉搏波波速，所述脉搏波波速发送到存储模块和显示模块。本发明解决了现有技术中采用基于可穿戴设备的方式测量脉搏波波速，操作不方便、效率低和无法连续测量的技术问题。

Description

一种非接触式脉搏波波速测量装置
技术领域
本发明涉及测量仪器技术领域，具体的说，是一种非接触式脉搏波波速测量装置。
背景技术
脉搏为心脏节律性射血所引起的动脉搏动，而脉搏在动脉内的传播速度就是脉搏波传导速度(PWV)。对于脉搏波传导速度最常见的测量方法为光电-心电结合的办法，即采集光电脉搏波(PPG)的同时，采集心电信号(ECG)。也有方法通过采集人体两个部位的脉搏波，来计算脉搏波传导速度。但上述两种办法，都有一定缺陷而导致商业应用受限：前者需要双手测量心电，因此无法无感连续测量；后者需要用户在不同部位佩戴两个设备，极不便利。
现有技术中，也有采用了两路毫米波雷达测量脉搏波从而计算传导速度(CN110547778A，非接触式脉搏传输时间测量系统及其生理征象感测装置)，但在实际的应用中，由于人体有姿势位置的移动，而脉搏波信号极为微弱，因此单靠两路毫米波雷达无法保证都能捕捉到稳定的脉搏波信号。而一旦某一路毫米波雷达无法捕捉到脉搏波，该方法就会失效。因此本发明使用了多路毫米波雷达确保舒适性和可靠性。
发明内容
本发明的目的在于提供一种非接触式脉搏波波速测量的方法，用于解决现有技术中采用基于可穿戴设备的方式测量脉搏波波速，操作不方便、效率低和无法连续测量的技术问题。
本发明通过下述技术方案解决上述问题：
一种非接触式脉搏波波速测量装置，包括毫米波雷达、控制终端和显示模块，所述毫米波雷达上设置有多天线，所述多天线在毫米波雷达上的角度固定设置，所述角度分别为A1、A2…An，n为毫米波雷达上的天线总数量，所述控制终端包括数据处理模块和存储模块，多天线构成的毫米波雷达、控制终端和显示模块电信号连接，所述多天线构成的毫米波雷达采集到信号数据传送给数据处理模块，数据处理模块筛选出两路最强的毫米波雷达信号，并计算其信号差，然后再根据信号差计算得到两路毫米波雷达信号的脉搏波波速，所述脉搏波波速发送到存储模块和显示模块。
优选地，所述数据处理模块进行信号筛选和信号差计算时，包括如下步骤：
步骤B1)毫米波雷达正对人体颈动脉；
步骤B2)毫米波雷达的每路天线对准不同的方向；
步骤B3)获得毫米波雷达每路天线的信号数据，并记录为S1、S2…Sn，所述S1、S2…Sn包含多个时间点下对应的幅值，n为毫米波雷达上的天线总数量；
步骤B4)对步骤B3)获得的信号数据采用一阶导计算得到信号数据对应的数据组D1、D2…Dn；
步骤B5)从D1到Dn中挑选出两个均值最大的数据组，标记为Da和Db， Da和Db对应的原始信号为Sa和Sb，所述原始信号Sa和Sb对应的角度为Aa 和Ab；
步骤B6)计算步骤B5)的Aa和Ab之间的角度差值A。
优选地，所述多天线构成的毫米波雷达采用不低于5000Hz的频率。
优选地，所述毫米波雷达与人体颈部之间的距离小于等于1米。
优选地，所述毫米波雷达与人体颈部之间的空间分辨率小于等于5cm。
优选地，所述数据处理模块计算脉搏波波速时，包括以下步骤：
步骤C1)搜索Da与Db在0.3秒时间范围内的局部最大值，并记录搜索到的局部最大值的时间坐标LA(La1、La2…Lax)和LB(Lb1、Lb2…Lby)；
步骤C2)再查询时间坐标La1在0.1秒时间范围内是否存在LB内与之对应的唯一时间坐标，若存在，则计算并记录时间坐标La1和LB内与之对应的时间坐标的差值，若不存在，则舍弃该时间坐标La1，循环本步骤，直到LA内所有时间坐标均查询结束；
步骤C3)计算步骤C2)所有记录的时间差值的平均差值，记录为时间差t；
步骤C4)通过V＝A/t计算获得脉搏波波速。
本发明与现有技术相比，具有以下优点及有益效果：
本发明采用多天线的毫米波雷达技术特征可以捕捉微弱的人体组织运动，由于良好的穿透性能有效的检测到心脏跳动和膈肌运动，因此可以实现非接触式且连续地监测到心率、呼吸效率和动脉的波动的目的，解决了传统基于穿戴设备测量脉搏波波速，佩戴舒适感差、需要加压充气的问题，真正实现了实时连续地测量；本发明可以探测到不同角度所对应的人体不同位置脉搏信号数据，只要有任意两路雷达捕捉到脉搏波即可，所以有效的解决了由于用户在测量脉搏波波速时的姿势和位置轻微调整，而导致的无法捕捉到信号数据，而导致数据缺失，测量不准确的技术问题，更符合一般用户实际睡眠状态，具备很高的实用价值，提高了用户的体验感、舒适性和可靠性，提高了脉搏波波速测量的效率。
附图说明
图1为本发明公开的一种非接触式脉搏波波速测量装置的结构框图。
具体实施方式
下面结合实施例对本发明作进一步地详细说明，但本发明的实施方式不限于此。
实施例1：
结合图1所示，一种非接触式脉搏波波速测量装置，包括毫米波雷达、控制终端和显示模块，所述毫米波雷达上设置有多天线，所述多天线在毫米波雷达上的角度固定设置，所述角度分别为A1、A2…An，n为毫米波雷达上的天线总数量，所述控制终端包括数据处理模块和存储模块，多天线构成的毫米波雷达、控制终端和显示模块电信号连接，所述多天线构成的毫米波雷达采用不低于5000Hz的频率，所述多天线构成的毫米波雷达采集到信号数据传送给数据处理模块，数据处理模块筛选出两路最强的毫米波雷达信号，并计算其信号差，所述数据处理模块进行信号筛选和信号差计算时，包括如下步骤：
步骤B1)毫米波雷达正对人体颈动脉，所述毫米波雷达与人体颈部之间的距离小于等于1米，所述毫米波雷达与人体颈部之间的空间分辨率小于等于5cm；
步骤B2)毫米波雷达的每路天线对准不同的方向；
步骤B3)获得毫米波雷达每路天线的信号数据，并记录为S1、S2…Sn，所述S1、S2…Sn包含多个时间点下对应的幅值，n为毫米波雷达上的天线总数量；
步骤B4)对步骤B3)获得的信号数据采用一阶导计算得到信号数据对应的数据组D1、D2…Dn；
步骤B5)从D1到Dn中挑选出两个均值最大的数据组，标记为Da和Db， Da和Db对应的原始信号为Sa和Sb，所述原始信号Sa和Sb对应的角度为Aa 和Ab；
步骤B6)计算步骤B5)的Aa和Ab之间的角度差值A。
然后再根据信号差计算得到两路毫米波雷达信号的脉搏波波速，所述数据处理模块计算脉搏波波速时，包括以下步骤：
步骤C1)搜索Da与Db在0.3秒时间范围内的局部最大值，并记录搜索到的局部最大值的时间坐标LA(La1、La2…Lax)和LB(Lb1、Lb2…Lby)；
步骤C2)再查询时间坐标La1在0.1秒时间范围内是否存在LB内与之对应的唯一时间坐标，若存在，则计算并记录时间坐标La1和LB内与之对应的时间坐标的差值，若不存在，则舍弃该时间坐标La1，循环本步骤，直到LA内所有时间坐标均查询结束；
步骤C3)计算步骤C2)所有记录的时间差值的平均差值，记录为时间差t；
步骤C4)通过V＝A/t计算获得脉搏波波速。
所述脉搏波波速发送到存储模块和显示模块。
将上述的非接触式脉搏波波速测量装置于实际场景中，受试者只需要正坐或者平躺，将毫米波雷达正对人体颈动脉，毫米波雷达的天线对准受试者身体的不同方向，天线发射和接收信号数据，天线接收到信号数据以后发送给数据处理模块，数据处理模块计算得到两条最强的信号数据，得到信号数据对应的角度差，然后再计算得到两条最强的信号数据对应的时间平均差，通过角度差除以时间平均差就可获得此次测量的脉搏波波速。本发明采用多天线的毫米波雷达技术特征可以捕捉微弱的人体组织运动，由于良好的穿透性能有效的检测到心脏跳动和膈肌运动，因此可以实现非接触式且连续地监测到心率、呼吸效率和动脉的波动的目的，解决了传统基于穿戴设备测量脉搏波波速，佩戴舒适感差、需要加压充气的问题，真正实现了实时连续地测量；本发明可以探测到不同角度所对应的人体不同位置脉搏信号数据，只要有任意两路雷达捕捉到脉搏波即可，所以有效的解决了由于用户在测量脉搏波波速时的姿势和位置轻微调整，而导致的无法捕捉到信号数据，而导致数据缺失，测量不准确的技术问题，更符合一般用户实际睡眠状态，具备很高的实用价值，提高了用户的体验感、舒适性和可靠性，提高了脉搏波波速测量的效率。
尽管这里参照本发明的解释性实施例对本发明进行了描述，上述实施例仅为本发明较佳的实施方式，本发明的实施方式并不受上述实施例的限制，应该理解，本领域技术人员可以设计出很多其他的修改和实施方式，这些修改和实施方式将落在本申请公开的原则范围和精神之内。

Claims (6)

1.一种非接触式脉搏波波速测量装置，其特征在于：包括毫米波雷达、控制终端和显示模块，所述毫米波雷达上设置有多天线，所述多天线在毫米波雷达上的角度固定设置，所述角度分别为A1、A2…An，n为毫米波雷达上的天线总数量，所述控制终端包括数据处理模块和存储模块，多天线构成的毫米波雷达、控制终端和显示模块电信号连接，所述多天线构成的毫米波雷达采集到信号数据传送给数据处理模块，数据处理模块筛选出两路最强的毫米波雷达信号，并计算其信号差，然后再根据信号差计算得到两路毫米波雷达信号的脉搏波波速，所述脉搏波波速发送到存储模块和显示模块。
2.根据权利要求1所述的一种非接触式脉搏波波速测量装置，其特征在于：所述数据处理模块进行信号筛选和信号差计算时，包括如下步骤：
步骤B1)毫米波雷达正对人体颈动脉；
步骤B2)毫米波雷达的每路天线对准不同的方向；
步骤B3)获得毫米波雷达每路天线的信号数据，并记录为S1、S2…Sn，所述S1、S2…Sn包含多个时间点下对应的幅值，n为毫米波雷达上的天线总数量；
步骤B4)对步骤B3)获得的信号数据采用一阶导计算得到信号数据对应的数据组D1、D2…Dn；
步骤B5)从D1到Dn中挑选出两个均值最大的数据组，标记为Da和Db，Da和Db对应的原始信号为Sa和Sb，所述原始信号Sa和Sb对应的角度为Aa和Ab；
步骤B6)计算步骤B5)的Aa和Ab之间的角度差值A。
3.根据权利要求2所述的一种非接触式脉搏波波速测量装置，其特征在于：所述多天线构成的毫米波雷达采用不低于5000Hz的频率。
4.根据权利要求2所述的一种非接触式脉搏波波速测量装置，其特征在于：所述毫米波雷达与人体颈部之间的距离小于等于1米。
5.根据权利要求2所述的一种非接触式脉搏波波速测量装置，其特征在于：所述毫米波雷达与人体颈部之间的空间分辨率小于等于5cm。
6.根据权利要求2所述的一种非接触式脉搏波波速测量装置，其特征在于：所述数据处理模块计算脉搏波波速时，包括以下步骤：
步骤C1)搜索Da与Db在0.3秒时间范围内的局部最大值，并记录搜索到的局部最大值的时间坐标LA(La1、La2…Lax)和LB(Lb1、Lb2…Lby)；
步骤C2)再查询时间坐标La1在0.1秒时间范围内是否存在LB内与之对应的唯一时间坐标，若存在，则计算并记录时间坐标La1和LB内与之对应的时间坐标的差值，若不存在，则舍弃该时间坐标La1，循环本步骤，直到LA内所有时间坐标均查询结束；
步骤C3)计算步骤C2)所有记录的时间差值的平均差值，记录为时间差t；
步骤C4)通过V＝A/t计算获得脉搏波波速。
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