[发明专利]短距离无线心率及心率变异性检测方法

摘要

一种短距离无线心率及心率变异性检测方法，它采用超宽带脉冲信号的无线电波直射到人体胸部，胸部的表面和内部器官腔壁对无线电波进行反射，回波由接收天线接收后，依次经过低噪放、无线接收机进入一个具有512个不同时延器控制的扫描式采样器，在一个时间点，扫描采样器得到某一回波发射距离的中心位置周围的512个距离点的回波幅度数据，通过可调时延器调节接收数据对应的回波发射距离的中心位置，连续不断地采集回波的反射数据，得到随时间变化的回波幅度信号序列，经模数转换后，通过短时相关和可调小波滤波相结合的数字信号处理方法进行处理，复原心脏的周期性波动信号，得出心率和心率变异性。它适用范围广，准确性高，适合长时间监控。

主权项

1.一种短距离无线心率及心率变异性检测方法，其特征在于，包括以下内容：采用位于超高频射频信号的超宽带脉冲信号的无线电波直射到人体胸部，人体胸部的表面和内部器官腔壁对无线电波进行反射，人体胸部的表面和内部器官腔壁的不同位置与发射天线的相对距离不同，反射面会随着呼吸运动发生距离变化，回波到达接收天线的时延就不同，回波信号由接收天线接收后，使用可调时延器来调节系统所要采样的回波回应的中心点位置，这个中心点不需要很准确，只要这个中心点落在人体范围之内即可，回波信号依次经过低噪放、无线接收机进入一个具有128个或256个或512个不同时延器控制的扫描式采样器，在一个时间点，扫描采样器得到某一回波发射距离的中心位置周围的128个或256个或512个距离点的回波幅度数据，通过可调时延器调节接收数据对应的回波发射距离的中心位置，连续不断地采集回波数据，得到随时间变化的回波幅度信号序列；经模数转换后，采集到数字帧序列，随着时间的变化，系统可以采集到回波的幅度序列X(N,t1)、X(N,t2)、X(N,t3)、…X(N,tM)、…其中N为128、256或512，t1、t2、t3、…tM、…为采集时间；由于空间传播过程中会引入其他射频干扰和杂散信号，用时间窗积分平均法，来去除接收信号中的杂散信号和干扰信号，处理公式为：其中T和M分别对应于在采样时间上的时间窗长度，和检测到方差最大区域的距离窗长度，α，m为检测时间；然后，从去除杂散信号和干扰信号后的回波信号中，采用多参数二阶正余弦曲线的方法，先复原出呼吸和身体微动信号，然后用去除杂散信号和干扰信号后的回波信号减去微动信号,处理公式为：Z(N，t)＝Y(N，t)‑Y′(N，t)                               (4)其中，Y(N,t)为原始信号，Z(N,t)为处理后的信号，(5)Y'(N，t)＝a₀+a₁*sin(wt)+a₂*cos(wt)+a₃*sin(2wt)+a₄*cos(2wt)从a₀到a₄为根据Y(N，t)估计的拟合参数；接着，对上一步减去微动信号后的信号Z(N,t)采用短时相关的方法来增强心脏搏动的回波信号，处理公式为：其中，T为短时相关的时间窗，通常选用一个心跳周期长度的3到5倍,τ为信号Z(N,t)的时移参量，而后采用小波滤波的方法来滤去其他分量，小波基为可调参数的Morlet函数，其中β因子用于平衡调整时间分辨率和频率分辨率,w₀为小波的中心角频率，w为角频率，s为小波尺度；调整β使得频率分辨率达到0.1hz时间分辨率以精确地提取心脏搏动波的分量，并通过小波滤波滤去其他的分量，如呼吸波的多次谐波分量；对于由公式(6)得到的短时相关方法增强心脏搏动的回波信号U(N,t)经小波变换后的Wf(s,b),衰减呼吸波2次到4次谐波范围内分量80％，得到其中，b为小波的平移量；然后通过小波重构方法，恢复信号并对复原出的信号按照滑动时间窗做短时快速傅里叶变换，找出频域分量最高的分量，接着做快速傅里叶反变换，恢复出心脏搏动波；最后，根据心脏搏动波的峰值点间隔以及时间间隔，得到动态变化的心率，转换为IBI时间序列并显示，所述IBI时间序列的单位为：次/min,BPM；根据RR波间隔产生的数字序列，按照心率变异性的定义，计算心率变异性的各项时域指标和频域指标；时域指标主要包括均值，总体标准差，均值标准差等统计变量，频域指标主要包括总能量TP，甚低频能量VLF,低频能量LF,高频能量HF。