CN113397590A - 一种无接触式的生命状态监测方法和系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种无接触式的生命状态监测方法和系统，包括以下步骤：获取由监测装置采集的被监测对象的监测信号；对监测信号进行预处理，获得预处理信号；对预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号；根据身体活动信号和/或呼吸信号监测被监测对象的生命状态。本发明可实现对被监测对象进行无接触式的信号采集，监测精度高，同时还可提高被监测对象的舒适性，减少身体及精神负担，提高被监测对象的休息和睡眠质量，可适用性好。

Description

一种无接触式的生命状态监测方法和系统

技术领域

本发明涉及生命状态监测的技术领域，更具体地说，涉及一种无接触式的生命状态监测方法和系统。

背景技术

现有的方案中，对人体或者动物生命状态的监测一般通过对呼吸的监测实现。对于人体或者动物的呼吸监测通常采用接触式的监测方法。而接触式的监测方法是通过接触式传感器与被监测对象(人体或者动物)的身体直接接触，以实现对被监测对象的生理信号的采集，从而实现对被监测对象的生命状态监测。然而，由于需要与被监测对象的身体直接接触，其信号采集受被监测对象的活动或者运动影响，监测精度差，同时也会影响被监测对象的舒适性，增加被测试人员的精神压力，降低了测试结果的真实性，实用性低。

因此，需要采用一种无接触式的监测方法。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的上述缺陷，提供一种无接触式的生命状态监测方法和系统。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种无接触式的生命状态监测方法，包括以下步骤：

获取由监测装置采集的被监测对象的监测信号；

对所述监测信号进行预处理，获得预处理信号；

对所述预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号；

根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述监测装置包括：一个超声波传感器或者多个超声波传感器；

所述监测信号为超声波信号。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述对所述监测信号进行预处理，获得预处理信号包括：

对所述监测信号进行低噪声放大处理，获得经过放大处理后的超声波信号；

对所述经过放大处理后的超声波信号进行限带宽滤波处理，获得所述预处理信号。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述对所述预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号包括：

通过DSP处理器对所述预处理信号进行分析处理，获得所述被监测对象的身体活动信号和呼吸信号。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态包括：

根据所述身体活动信号和所述呼吸信号判断所述被监测对象的情绪状态。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态包括：

对所述呼吸信号进行相关性滤波，获得所述被监测对象的呼吸信息；

根据所述呼吸信息监测所述被监测对象的生命状态。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述呼吸信息包括：被监测对象的呼吸频率、被监测对象的吸气时间、被监测对象的呼气时间、被监测对象的吸气和呼气转换时间。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述根据所述呼吸信息监测所述被监测对象的生命状态包括：

判断所述被监测对象的呼吸频率是否小于第一阈值，若是，则判定所述被监测对象呼吸频率过缓；

和/或，判断所述被监测对象的呼吸频率是否大于第二阈值，若是，则判定所述被监测对象的呼吸频率过快；

和/或，判断所述被监测对象的呼吸频率是否等于第三阈值，若是，则判定所述被监测对象无生命体征。

在本发明所述的无接触式的生命状态监测方法中，所述方法还包括：

若所述被监测对象呼吸频率过快、呼吸频率过缓或者无生命体征，则输出报警信号。

本发明还提供一种无接触式的生命状态监测系统，包括：监测装置、预处理模块、采样模块以及DSP处理器；

所述监测装置用于采集被监测对象的生命体征信息并输出监测信号；

所述预处理模块与所述监测装置连接，接收所述监测装置输出的监测信号，并对所述监测信号进行预处理以输出预处理信号；

所述采样模块与所述预处理模块连接，以对所述预处理信号进行采样并传送给所述DSP处理器；

所述DSP处理器与所述采样模块连接，用于：

对所述预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号；

根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态。

实施本发明的无接触式的生命状态监测方法和系统，具有以下有益效果：包括以下步骤：获取由监测装置采集的被监测对象的监测信号；对监测信号进行预处理，获得预处理信号；对预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号；根据身体活动信号和/或呼吸信号监测被监测对象的生命状态。本发明可实现对被监测对象进行无接触式的信号采集，监测精度高，同时还可提高被监测对象的舒适性，减少身体及精神负担，提高被监测对象的休息和睡眠质量，可适用性好。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1是本发明实施例提供的无接触式的生命状态监测方法的流程示意图；

图2是本发明实施例提供的无接触式的生命状态监测系统的原理框图。

具体实施方式

为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。

参考图1，为本发明提供的一种无接触式的生命状态监测方法一可选实施例的流程示意图。该无接触式的生命状态监测方法与被监测对象之间不需要任何直接接触即可实现对被监测对象的生命状态进行监测，其可以监测和识别处于安静状态的被监测对象(包括人或者动物)，也可以实现对被监测对象的年龄、情绪、存活与否、以及睡眠质量进行判断。进一步地，该无接触式的生命状态监测方法可以用于室内婴幼儿、成年人的睡眠状态的监测，辅助判断疾病，预防猝死，也可以用于汽车内部人员状态的监测，避免婴幼儿被遗留在车内造成事故，或者避免成年人在车内睡着而发生中毒事故。

具体的，如图1所示，该无接触式的生命状态监测方法包括以下步骤：

步骤S101、获取由监测装置11采集的被监测对象的监测信号。

可选的，本发明实施例中，该监测装置11包括：一个超声波传感器或者多个超声波传感器。监测信号为超声波信号。当该监测装置11由多个超声波传感器组成时，可以由多个超声波传感器以阵列的形式实现，通过采用多个超声波传感器阵列形成该监测装置11，可以获取到信噪比最高且信号最强的超声波回波信号，从而提高监测精度，同时可以扩大监测范围。

一些实施例中，在该超声波传感器采集被监测对象的监测信号前，该超声波传感器先接收外部设备发射的超声波数字流，再根据该超声波数字流向被监测对象辐射超声波，进而对反射回来的超声波信号进行采集，得到监测信号。

具体地，由于该监测装置11为超声波传感器，因此，当进行生命状态监测时，该超声波传感器接收外部设备发射的超声波数字流，该超声波传感器接收到外部设备发射的超声波数字流后，根据所接收的超声波数字流向被监测对象辐射超声波，辐射至被监测对象的超声波被被监测对象反射回来，从而得到相应的监测信号。

步骤S102、对监测信号进行预处理，获得预处理信号。

一些实施例中，对监测信号进行预处理，获得预处理信号包括：对监测信号进行低噪声放大处理，获得经过放大处理后的超声波信号；对经过放大处理后的超声波信号进行限带宽滤波处理，获得预处理信号。

可以理解地，由于所采集的监测信号相对较弱，因此，为了提高灵敏度，需要先对所采集的监测信号进行低噪声放大处理，从而将监测信号中的低分量进行放大，以方便信号采集。

通过对放大处理后的超声波信号进行限带宽滤波处理，可以防止出现信号混叠，滤除干扰信号，提升信号的稳定性和可靠性。

步骤S103、对预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号。

可选的，对预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号包括：通过DSP处理器15对预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号。

本发明实施例中，身体活动信号为身体活动幅度的信号，其为相对单一、一般不重复、动作幅度比较大的信号。例如，若被监测对象为人，则该身体活动信号可包括但不限于人体转动的信号、人体翻身的信号、人体弯腰的信号等。呼吸信号为呼吸幅度的信号，其为被监测对象呼吸带动的表皮起伏、外衣轻微有规律的颤动、以及呼吸产生的空气有规律的流动气息的信号，其一般是重复的、幅度比较小的信号。

步骤S104、根据身体活动信号和/或呼吸信号监测被监测对象的生命状态。

一些实施例中，根据身体活动信号和/或呼吸信号监测被监测对象的生命状态包括：根据身体活动信号和呼吸信号判断被监测对象的情绪状态。例如，可以根据身体活动信号和呼吸信号综合判断被监测对象为焦虑、紧张、高兴、愉悦、生气、安静等情绪状态。

具体的，以被监测对象为人进行说明。根据人体的身体活动信号和呼吸信号，可判断出人体当前的情绪状态。例如，当人体来回翻身、且呼吸较急时，可初步判定被监测人员当前处于紧张或者焦虑状态。或者，当人体的大幅度动作较多，且呼吸比较快时，可初步判定被监测人员当前处于高兴或者兴奋状态。或者，当人体的大幅度动作较少或者没有大幅度动作，且呼吸比较平稳时，则可判定被测人员当前处于安静舒适状态。

一些实施例中，根据身体活动信号和/或呼吸信号监测被监测对象的生命状态包括：对呼吸信号进行相关性滤波，获得被监测对象的呼吸信息；根据呼吸信息监测被监测对象的生命状态。

可选的，本发明实施例中，呼吸信息包括但不限于：被监测对象的呼吸频率、被监测对象的吸气时间、被监测对象的呼气时间、被监测对象的吸气和呼气转换时间。因此，通过对被监测对象的呼吸频率、被监测对象的吸气时间、被监测对象的呼气时间、被监测对象的吸气和呼气转换时间，可以判定被监测对象当前的生命状态。

一些实施例中，根据呼吸信息监测被监测对象的生命状态包括：判断被监测对象的呼吸频率是否小于第一阈值，若是，则判定被监测对象呼吸频率过缓。

可选的，以成年人为例，第一阈值为：12次/分。可以理解地，当被测人员的呼吸频率低于或者等于12次/分时，可认为被测人员呼吸频率过缓。

和/或，在一些实施例中，判断被监测对象的呼吸频率是否大于第二阈值，若是，则判定被测人员的呼吸频率过快。

可选的，以成年人为例，第二阈值为：20次/分。可以理解地，当被测人员的呼吸频率超过20次/分时，可认为被测人员呼吸频率过快。

和/或，判断被监测对象的呼吸频率是否等于第三阈值，若是，则判定被监测对象无生命体征。

可选的，第三阈值为：0。可以理解地，当被监测对象的呼吸频率为0时，可判定被监测对象无生命体征。

当然，可以理解地，在其他一些实施例中，若在一段时间内没有检测到被监测对象的呼吸信号，则可判定未检测到有生命体征的物体。

进一步地，一些实施例中，还可以根据被监测对象的吸气时间、被监测对象的呼气时间、被监测对象的吸气和呼气转换时间监测被监测对象的生命状态。例如，可以根据被监测对象的吸气时间监测被监测对象的生命状态，和/或根据被监测对象的呼气时间监测被监测对象的生命状态，和/或根据被监测对象的吸气和呼气转换时间监测被监测对象的生命状态等。

进一步地，一些实施例中，还可以根据被监测对象的呼吸频率判断被监测对象的年龄。

具体的，成人每分钟呼吸16～20次，儿童呼吸比成人快，每分钟呼吸20～30次，新生儿呼吸频率44次/分钟，正常成人每分钟呼吸12～20次，呼吸脉搏比1～4次。新生儿的呼吸频率约为每分钟44次。因此，根据被监测对象的呼吸频率可以判定被监测对象的年龄。

进一步地，一些实施例中，该无接触式的生命状态监测方法还包括：若被监测对象呼吸频率过快、呼吸频率过缓或者无生命体征，则输出报警信号。

本发明实施例的无接触式的生命状态监测方法通过超声波传感器间接测量，使得被监测对象身份上没有直接接触监测装置11，可以提高被监测物体的舒适性，减少精神负担，从而提高休息、睡眠质量。另外，本发明实施例的超声波传感器与被监测对象之间可以相隔一定距离即可进行信号采集和监测，对距离不作要求，且监测精度高，可行性高，方法简单易行。通过一个超声波传感器即可实现对被监测对象的监测。

当然，可以理解地，在其他一些实施例中，也可以采用多个超声波传感器实现，从而提高信噪比。当采用多个超声波传感器时，可以控制多个超声波传感器轮流对被监测对象进行扫描，并监测多个超声波传感器返回的超声波信号，提取出多个超声波传感器的超声波信号中，信噪比最高且信号最强的超声波信号，进而控制返回该信噪比最高且信号最强的超声波信号的超声波传感器(或者控制该超起波传感器及与相邻的超声波传感器)继续监测被监测对象，同时关闭其他超声波传感器，以达到提高监测精度的目的。

进一步地，本发明通过对呼吸带动的表皮起伏、外衣轻微有规律的颤动、以及呼吸产生的空气有规律流动气息进行监测，因此，不需要正对被测人员裸露面部、胸口等地方，提高了测试的实用性和便捷性。

另外，本发明方法不需要在被测试人员身体任何部分安装监测装置，不会产生被测试人员因携带监测装置而导致的心理负担及精神压力导致呼吸频率异常等问题，从而提高测试结果的真实性和准确性。

参考图2，图2为本发明提供的一种无接触式的生命状态监测系统一可选实施例的原理框图。该无接触式的生命状态监测系统可以应用于本发明实施例公开的无接触式的生命状态监测方法。

具体的，如图2所示，该无接触式的生命状态监测系统包括：监测装置11、预处理模块、采样模块14以及DSP处理器15。

监测装置11用于采集被监测对象的生命体征信息并输出监测信号。

可选的，本发明实施例中，该监测装置11可以为超声波传感器。其中，该监测装置11可以由一个超声波传感器组成。或者，在其他一些实施例中，该监测装置11也可以由多个超声波传感器组成。

预处理模块与监测装置11连接，接收监测装置11输出的监测信号，并对监测信号进行预处理以输出预处理信号。

可选的，该预处理模块可包括：放大器12。该放大器12用于对监测信号进行低噪声放大处理。该放大器12可以为高动态、低噪声超声波信号的放大器12。通过该放大器12可以放大超声波传感器输出的监测信号。

进一步地，该预处理模块还可包括限带宽滤波器13。该限带宽滤波器13与放大器12连接，以接收放大器12输出的信号，并对放大器12输出的信号进行限带宽滤波器13处理。

采样模块14与预处理模块连接，以对预处理信号进行采样并传送给DSP处理器15。可选的，该采样模块14为A/D转换器，通过该A/D转换器可以将所接收的模拟信号转换为离散化数据，并传输给DSP处理器15。

该DSP处理器15与采样模块14连接，用于：对预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号；根据身体活动信号和/或呼吸信号监测被监测对象的生命状态。

进一步地，该无接触式的生命状态监测系统还可包括：超声波波形产生器18和功率驱动器19。

其中，超声波波形产生器18接收DSP处理器15输出的超声波波形数字流，并根据所接收的超声波波形数字流形成相应的超声波波形信号，并通过D/A转换器输出模拟波形信号，进而通过功率驱动器19发送给超声波传感器。

进一步地，一些实施例中，该无接触式的生命状态监测系统还可包括：显示单元16，该显示单元16与DSP处理器15连接，接收DSP处理器15输出的信号/数据并显示。例如，可显示当前工作状态和判断结果，以及显示各种监测到的信号或者数据。

进一步地，一些实施例中，该无接触式的生命状态监测系统还可包括：通讯接口模块17。通过该通讯接口模块17可实现与DSP处理器15之间的信号/数据交互及功能设备等。

当然，可以理解地，在一些实施例中，该通讯接口模块17可包括但不限于串口、CAN、以太网接口，通过这些串口、CAN、以太网接口等连接到其他系统(如PC)，以实现该无接触式的生命状态监测系统与其他系统之间的数据交互、功能设置、指令控制等。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。对于实施例公开的装置而言，由于其与实施例公开的方法相对应，所以描述的比较简单，相关之处参见方法部分说明即可。

专业人员还可以进一步意识到，结合本文中所公开的实施例描述的各示例的单元及算法步骤，能够以电子硬件、计算机软件或者二者的结合来实现，为了清楚地说明硬件和软件的可互换性，在上述说明中已经按照功能一般性地描述了各示例的组成及步骤。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本发明的范围。

结合本文中所公开的实施例描述的方法或算法的步骤可以直接用硬件、处理器执行的软件模块，或者二者的结合来实施。软件模块可以置于随机存储器(RAM)、内存、只读存储器(ROM)、电可编程ROM、电可擦除可编程ROM、寄存器、硬盘、可移动磁盘、CD-ROM、或技术领域内所公知的任意其它形式的存储介质中。

以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，包括以下步骤：

获取由监测装置采集的被监测对象的监测信号；

对所述监测信号进行预处理，获得预处理信号；

对所述预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号；

根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态。

2.根据权利要求1所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述监测装置包括：一个超声波传感器或者多个超声波传感器；

所述监测信号为超声波信号。

3.根据权利要求2所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述对所述监测信号进行预处理，获得预处理信号包括：

对所述监测信号进行低噪声放大处理，获得经过放大处理后的超声波信号；

对所述经过放大处理后的超声波信号进行限带宽滤波处理，获得所述预处理信号。

4.根据权利要求2所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述对所述预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号包括：

通过DSP处理器对所述预处理信号进行分析处理，获得所述被监测对象的身体活动信号和呼吸信号。

5.根据权利要求2所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态包括：

根据所述身体活动信号和所述呼吸信号判断所述被监测对象的情绪状态。

6.根据权利要求2所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态包括：

对所述呼吸信号进行相关性滤波，获得所述被监测对象的呼吸信息；

根据所述呼吸信息监测所述被监测对象的生命状态。

7.根据权利要求6所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述呼吸信息包括：被监测对象的呼吸频率、被监测对象的吸气时间、被监测对象的呼气时间、被监测对象的吸气和呼气转换时间。

8.根据权利要求7所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述根据所述呼吸信息监测所述被监测对象的生命状态包括：

判断所述被监测对象的呼吸频率是否小于第一阈值，若是，则判定所述被监测对象呼吸频率过缓；

和/或，判断所述被监测对象的呼吸频率是否大于第二阈值，若是，则判定所述被监测对象的呼吸频率过快；

和/或，判断所述被监测对象的呼吸频率是否等于第三阈值，若是，则判定所述被监测对象无生命体征。

9.根据权利要求2所述的无接触式的生命状态监测方法，其特征在于，所述方法还包括：

若所述被监测对象呼吸频率过快、呼吸频率过缓或者无生命体征，则输出报警信号。

10.一种无接触式的生命状态监测系统，其特征在于，包括：监测装置、预处理模块、采样模块以及DSP处理器；

所述监测装置用于采集被监测对象的生命体征信息并输出监测信号；

所述预处理模块与所述监测装置连接，接收所述监测装置输出的监测信号，并对所述监测信号进行预处理以输出预处理信号；

所述采样模块与所述预处理模块连接，以对所述预处理信号进行采样并传送给所述DSP处理器；

所述DSP处理器与所述采样模块连接，用于：

对所述预处理信号进行分析处理，获得被监测对象的身体活动信号和呼吸信号；

根据所述身体活动信号和/或所述呼吸信号监测所述被监测对象的生命状态。

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