生物雷達(dá)非接觸檢測(cè)中呼吸和心跳信號(hào)分離算法研究.pdf

1、呼吸和心跳等生命體征反映人體的健康狀況,是臨床診斷和疾病預(yù)防的重要依據(jù)。常規(guī)的檢測(cè)方法有接觸式和非接觸式兩種:接觸式需要依靠電極或傳感器等采集信號(hào),對(duì)人體產(chǎn)生約束,在一些非常規(guī)的應(yīng)用場(chǎng)景(如燒傷、傳染等)不宜使用。常用的非接觸式檢測(cè)方法如紅外、激光等受到溫度和環(huán)境障礙物的影響,應(yīng)用范圍受到限制。雷達(dá)式生命體征檢測(cè)技術(shù)通過(guò)雷達(dá)發(fā)射電磁波照射人體,接收的回波經(jīng)過(guò)信號(hào)處理分離出呼吸、心跳生命信息。
　　鑒于該技術(shù)可以非接觸、遠(yuǎn)距離、穿透

2、障礙物,隨著雷達(dá)技術(shù)、微電子技術(shù)的發(fā)展,在生命體征檢測(cè)領(lǐng)域受到越來(lái)越多的關(guān)注?，F(xiàn)階段雷達(dá)式生命體征檢測(cè)技術(shù)研究主要集中在對(duì)呼吸和心跳信號(hào)的檢測(cè)上,在以下方面還存在一定的技術(shù)難題:
　　首先,由于呼吸、心跳等生命信息具有微弱、低頻、易受干擾、非平穩(wěn)的特點(diǎn),雷達(dá)系統(tǒng)的系統(tǒng)噪聲會(huì)影響回波信號(hào)的質(zhì)量,所以如何提高雷達(dá)系統(tǒng)的穩(wěn)定性、抗干擾能力成為該檢測(cè)技術(shù)的難題之一。其次,呼吸運(yùn)動(dòng)引起的胸廓微動(dòng)遠(yuǎn)大于心跳信號(hào),且呼吸信號(hào)的諧波成分與心跳信號(hào)

3、的頻譜有重疊,所以選擇怎樣的信號(hào)分離方法從回波信號(hào)中分離出能量較小的心跳信號(hào)成為難題之一。
　　針對(duì)以上問(wèn)題,本文在課題組前期研究的基礎(chǔ)上,重點(diǎn)研究呼吸和心跳的分離方法,主要完成以下工作:1、分析了呼吸、心跳生理特點(diǎn),研究其與體表胸廓微動(dòng)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,明確了雷達(dá)檢測(cè)胸廓的微動(dòng)信息從中提取呼吸、心跳特征參數(shù)的生理學(xué)依據(jù)。2、結(jié)合本研究呼吸、心跳的特點(diǎn),以及自適應(yīng)對(duì)消算法的原理,提出了基于LMS自適應(yīng)諧波抵消的算法,通過(guò)仿真構(gòu)建信號(hào)模型

4、,用Matlab實(shí)現(xiàn)算法,從體動(dòng)、呼吸信號(hào)中分離出心跳信號(hào),輸出結(jié)果顯示仿真效果良好。3、設(shè)計(jì)完成了相關(guān)實(shí)驗(yàn),建立了接觸式同步檢測(cè)心電信號(hào)的對(duì)比分析實(shí)驗(yàn)系統(tǒng),驗(yàn)證了算法的可行性。實(shí)驗(yàn)包括:實(shí)驗(yàn)一,模擬臨床監(jiān)護(hù)的人體平躺實(shí)驗(yàn);實(shí)驗(yàn)二:模擬家庭監(jiān)護(hù)的人體坐姿實(shí)驗(yàn)(分為深呼吸和自由呼吸兩種模式)。通過(guò)采集不同實(shí)驗(yàn)條件下的呼吸和體動(dòng)信號(hào),并進(jìn)行自適應(yīng)諧波抵消處理及濾波后的輸出信號(hào)與同步檢測(cè)的心電信號(hào)進(jìn)行對(duì)比分析。結(jié)果表明兩者的頻率有很強(qiáng)的相關(guān)性