[发明专利]一种基于微波感知的心率监测方法

说明书

本发明公开了一种基于微波感知的心率监测方法，通过微分增强心跳分量信号，并通过带通滤波器处理后，利用放大的心跳分量信号，特别是心跳二次及三次谐波分量，结合自相关周期分析法，解决呼吸谐波干扰和遮掩难题，实现高可靠性、高精度的心率监测，追踪灵敏度高且计算较为简便。

技术领域

本发明涉及生命体征监测领域，尤其涉及一种基于微波感知的心率监测方法。

背景技术

生命体征监测是实现健康护理、睡眠质量与压力评估等生物医疗应用的重要手段，而心率监测是生命体征监测的重要内容。心率是指每分钟的平均心跳次数，目前，临床上常基于心电图(ECG)监测心率，需要佩戴多个传感器，成本较高，使用繁琐、不便。

近年来，基于单频连续波(continuous wave，简称CW)和调频连续波(frequency-modulation continuous wave，简称FMCW)微波雷达的生命体征监测技术与方法可以实现非接触式的呼吸和心跳频率的监测。基于CW雷达的心率监测主要利用雷达I/Q(同相位/正交相位)基带信号进行复数信号解调，基于幅度频谱信息提取心跳频率。亦可采用反正切解调算法得到胸壁起伏振动位移的时域信息，通过快速傅里叶变换和频谱峰值搜索方法，实现心跳频率的测量。基于FMCW雷达的心率监测是指，首先通过相位演变追踪提取胸壁的振动起伏位移的时域信息，然后基于快速傅里叶变换和频谱峰值搜索方法实现心跳频率的测量。

然而，现有技术中，基于复数信号解调的CW雷达心率监测方法在频谱峰值搜索中常遇到呼吸谐波的干扰，难以准确、可靠地提取心跳频率。基于反正切解调与频谱峰值搜索的FMCW雷达心跳频率监测，易受固有邻近呼吸谐波运动的干扰，且存在频率分辨率不足的问题。为了抑制固有的呼吸谐波干扰，常用的带通滤波器无法滤除通带内的呼吸谐波分量。另一方面，基于小波变换和经验模态分解方法也难以解决心率估计中邻近呼吸谐波干扰的影响。综上，基于微波感知的心率监测的难点是如何消除呼吸谐波干扰，特别是邻近呼吸谐波干扰，从而有效地辨别微弱的心跳分量信号，准确估计出心跳频率。

因此，本领域的技术人员致力于开发一种基于微波感知的心率监测方法，能够辨别微弱的心跳分量信号，解决呼吸谐波干扰及对心跳分量的遮掩问题，实现高可靠性、高精度的心跳频率测量。

发明内容

有鉴于现有技术的上述缺陷，本发明所要解决的技术问题是心率监测中存在的易受呼吸谐波干扰、心跳信号微弱及频谱分辨率不足等问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种基于微波感知的心率监测方法，具体包括以下步骤：

步骤1、提取胸壁起伏运动的位移时间序列；

步骤2、对所述胸壁起伏运动的位移时间序列进行平滑滤波预处理，然后进行一阶和二阶微分运算，得到一阶和二阶微分时间序列；

步骤3、采用带通滤波器对所述一阶和二阶微分时间序列进行带通滤波处理，得到滤波后的一阶和二阶微分时间序列；

步骤4、从所述滤波后的一阶和二阶微分时间序列中筛选出最佳微分时间序列；

步骤5、对所述最佳微分时间序列进行自相关运算，得到自相关函数序列；

步骤6、对所述自相关函数序列进行极大值搜索，提取极大值点中的极大值取最大所对应的索引m，得到心跳频率f_h。

进一步地，步骤1中，所述位移时间序列是胸壁起伏运动位移x(t)的离散时间序列，x(t)通过以下公式求取：

其中，t为时间；λ为载波波长；θ(t)为基带信号在t时刻的相位；

位移时间序列x(i)为t＝iΔt时刻x(t)的离散数值，Δt为采样间隔时间。