一種非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達領(lǐng)域，特別是一種基于非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法。
【背景技術(shù)】
[0002]心跳及呼吸是人體重要的身體特征狀況信息。目前常用的生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的波形重構(gòu)處理算法對呼吸和心跳進行分離時不徹底，心跳信號中存在呼吸信號殘余的諧波分量，而且諧波分量都與呼吸信號周期相關(guān)。因此，采用MTI思路對心跳信號中呼吸信號諧波成分進行抑制，從而達到對心跳信號的優(yōu)化效果。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0003]為了解決現(xiàn)有技術(shù)存在的問題，本發(fā)明提供一種非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的信號處理算法，通過MTI處理后，將被呼吸信號的諧波掩蓋的心跳信號與呼吸信號分離，得到良好的心跳信號。
[0004]本發(fā)明依托非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)進行實現(xiàn)。
[0005]該系統(tǒng)采用現(xiàn)代雷達技術(shù)和生物醫(yī)學技術(shù)相融合的方式，基于多普勒檢測原理，運用無線測量的方式實時獲取被測目標的體征信息，包括呼吸、心跳等；主要包括雷達信號發(fā)射部分、雷達信號模擬接收部分和數(shù)字信號處理部分，其中，雷達信號模擬接收部分分別與雷達信號發(fā)射部分和數(shù)字信號處理部分相連。
[0006]發(fā)射部分用于通過發(fā)射天線向被測目標發(fā)出連續(xù)波信號并照射在目標的胸腔，連續(xù)波信號經(jīng)過由呼吸和心跳等周期信號引起的胸腔運動對其進行調(diào)制后得到回波信號；回波信號經(jīng)過模擬接收部分解調(diào)成為兩路包含呼吸和心跳信息的正交數(shù)字信號，一路為I路信號，另一路為Q路信號；1路和Q路信號經(jīng)過數(shù)字信號處理部分進行生命體征信號的提取及頻率檢測。
[0007]實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)解決方案為:
[0008]步驟1，非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)送來正交的兩路心跳和呼吸數(shù)字混合信號，一路為I路信號，另一路為Q路信號，對I路和Q路進行反正切處理得到正交解調(diào)信號；
[0009]步驟2，將正交解調(diào)信號經(jīng)過波形重構(gòu)處理后得到擬合呼吸信號，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到呼吸信號頻率；
[0010]步驟3，在正交解調(diào)信號中將步驟2中得到的擬合呼吸信號進行剔除得到心跳信號波形；
[0011]步驟4，將步驟2中得到的呼吸信號頻率和步驟3中得到的心跳信號波形同時進行MTI處理，得到優(yōu)化心跳信號波形，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到心跳信號頻率。
[0012]本發(fā)明采用以下技術(shù)手段進一步實現(xiàn)發(fā)明目的:
[0013](I)步驟I中將回波信號做零中頻處理，得到兩路信號，一路為同相支路的I路信號，另一路為正交支路的Q路信號，對I路和Q路進行反正切處理得到正交解調(diào)信號；
[0014](2)步驟2中正交解調(diào)信號經(jīng)三次樣條插值法重構(gòu)波形得到擬合呼吸信號。
[0015](3)步驟4中心跳信號的優(yōu)化處理包括如下步驟:
[0016]步驟4.1:將步驟2中得到的呼吸信號頻率對步驟3中得到的心跳信號波形進行采樣，得到優(yōu)化心跳波形；
[0017]步驟4.2:將步驟4.1中所得優(yōu)化心跳波形做傅里葉變換，得到優(yōu)化的心跳信號頻率。
[0018]本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點在于:MTI模塊可有效消除呼吸信號諧波對心跳信號的干擾，使心跳信號的精度更高，實用性很強，醫(yī)務(wù)人員可以時時了解病人的精確心跳信號。
[0019]下面結(jié)合說明書附圖對本發(fā)明做進一步描述。
【附圖說明】
[0020]圖1為本發(fā)明的非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的信號處理算法框圖；
[0021]圖2為本發(fā)明的原始1、Q兩路信號和其反正切波形；
[0022]圖3為本發(fā)明的呼吸信號時域和頻域波形；
[0023]圖4為本發(fā)明的心跳信號時域和頻域波形；
[0024]圖5為本發(fā)明的MTI模塊處理后心跳信號時域和頻域波形。
【具體實施方式】
[0025]結(jié)合圖1，一種非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法，處理步驟如下:
[0026]步驟1，非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)送來正交的兩路心跳和呼吸數(shù)字混合信號，一路為I路信號，另一路為Q路信號，對I路和Q路進行反正切處理得到正交解調(diào)信號；
[0027]步驟2，將正交解調(diào)信號經(jīng)過波形重構(gòu)處理后得到擬合呼吸信號，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到呼吸信號頻率；
[0028]步驟3，在正交解調(diào)信號中將步驟2中得到的擬合呼吸信號進行剔除得到心跳信號波形；
[0029]步驟4，將步驟2中得到的呼吸信號頻率和步驟3中得到的心跳信號波形同時進行MTI處理，得到優(yōu)化心跳信號波形，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到心跳信號頻率。
[0030]步驟I中將回波信號做零中頻處理，得到兩路信號，，一路為I路信號(同相支路)，另一路為Q路信號(正交支路)，對I路和Q路進行反正切處理得到正交解調(diào)信號。
[0031]步驟2中正交解調(diào)信號經(jīng)三次樣條插值法重構(gòu)波形得到擬合呼吸信號。
[0032]步驟4中心跳信號的優(yōu)化處理包括如下步驟:
[0033]步驟4.1:將步驟2中得到的呼吸信號頻率對步驟3中得到的心跳信號波形進行采樣，得到優(yōu)化心跳波形；
[0034]步驟4.2:將步驟4.1中所得優(yōu)化心跳波形做傅里葉變換，得到優(yōu)化的心跳信號頻率。
[0035]下面結(jié)合實施例對本發(fā)明做進一步描述。
[0036]經(jīng)過步驟I得到圖2，I路信號，Q路信號和反正切合成的原始信號。
[0037]結(jié)合圖3上部份，經(jīng)過步驟2對正交解調(diào)信號進行波形重構(gòu)得到擬合呼吸信號的時域波形。
[0038]結(jié)合圖3的下部份，經(jīng)過步驟2，將擬合呼吸信號做傅里葉變換得到呼吸信號的頻譜圖，由它可以看出被測目標的呼吸頻率為15.38次/分鐘。
[0039]結(jié)合圖4，經(jīng)過步驟3，將正交解調(diào)信號中的擬合呼吸信號分量進行剔除后得到的含有呼吸信號諧波的心跳信號時域波形圖。對它做傅里葉變換，得到含有呼吸信號諧波的心跳信號頻率，即圖4的下部分，可以看出來心跳頻率為45.05次/分鐘。仔細分析不難發(fā)現(xiàn)，測得心跳頻率實則是呼吸頻率的三次諧波，而真實的心跳頻率應(yīng)該是圖4中的第二尖峰，即59.37次/分鐘。
[0040]結(jié)合圖5，經(jīng)過步驟4.1，將呼吸信號頻率和心跳信號波形同時送入MTI模塊，得到剔除呼吸信號諧波的心跳信號。
[0041]結(jié)合圖5的下部分是經(jīng)過步驟4.2，將MTI的輸出波形做傅里葉變換，得到所需的心跳信號頻譜圖。我們發(fā)現(xiàn)原本被呼吸信號三次諧波所掩蓋的心跳信號在頻譜圖波形中“脫穎而出”，而造成干擾的三次諧波等分量都被大幅度抑制。這證明，MTI模塊確實能夠消除呼吸信號的諧波對心跳信號的影響。
【主權(quán)項】
1.一種非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法，其特征在于，處理步驟如下: 步驟1，非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)送來正交的兩路心跳和呼吸數(shù)字混合信號，一路為I路信號，另一路為Q路信號，對I路和Q路進行反正切處理得到正交解調(diào)信號； 步驟2，將正交解調(diào)信號經(jīng)過波形重構(gòu)處理后得到擬合呼吸信號，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到呼吸?目號頻率； 步驟3，在正交解調(diào)信號中將步驟2中得到的擬合呼吸信號進行剔除得到心跳信號波形； 步驟4，將步驟2中得到的呼吸信號頻率和步驟3中得到的心跳信號波形同時輸入作MTI處理，得到優(yōu)化心跳信號波形，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到心跳信號頻率。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法，其特征在于，步驟I中將回波信號做零中頻處理，得到兩路信號，一路為同相支路的I路信號，另一路為正交支路的Q路信號，對I路和Q路進行反正切處理得到正交解調(diào)信號。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法，其特征在于，步驟2中正交解調(diào)信號經(jīng)三次樣條插值法重構(gòu)波形得到擬合呼吸信號。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法，其特征在于，步驟4中心跳信號的優(yōu)化處理包括如下步驟: 步驟4.1:將步驟2中得到的呼吸信號頻率對步驟3中得到的心跳信號波形進行采樣，得到優(yōu)化心跳波形； 步驟4.2:將步驟4.1中所得優(yōu)化心跳波形做傅里葉變換，得到優(yōu)化的心跳信號頻率。
【專利摘要】本發(fā)明提供一種非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)的心跳信號優(yōu)化算法，處理步驟如下：非接觸式生命體征監(jiān)護系統(tǒng)送來正交的兩路心跳和呼吸數(shù)字混合信號，一路為I路信號，另一路為Q路信號，對I路和Q路進行反正切處理得到正交解調(diào)信號；將正交解調(diào)信號經(jīng)過波形重構(gòu)處理后得到擬合呼吸信號，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到呼吸信號頻率；在正交解調(diào)信號中將擬合呼吸信號進行剔除得到心跳信號波形；將呼吸信號頻率和心跳信號波形同時進行MTI處理，得到優(yōu)化心跳信號波形，再經(jīng)傅里葉變換處理后得到心跳信號頻率。本發(fā)通過MTI處理后，將被呼吸信號的諧波掩蓋的心跳信號與呼吸信號分離，得到良好的心跳信號。
【IPC分類】A61B5-0205, G06F19-00
【公開號】CN104605829
【申請?zhí)枴緾N201510056802
【發(fā)明人】洪弘, 周志強, 王蒙, 李彧晟, 顧陳, 李洪濤, 朱曉華, 左悅, 唐良勇
【申請人】南京理工大學
【公開日】2015年5月13日
【申請日】2015年2月3日