一种非接触式生命体征监测方法技术

本发明专利技术属于医疗养老和健康监护领域，具体说是一种非接触式生命体征监测方法，包括以下步骤：1)分别以设定的采样频率对雷达模块I/O两路信号进行数据采集，得到I/O两路信号的数据帧信号组；其中，每一秒缓存的信号作为一帧数据；2)分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行时域分析，判断用户的着床状态和体动状态；分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行频域分析，获取用户的呼吸次数和心率次数。本发明专利技术提出融合多种体征信息进行生命体检测的方法，在同一个设备下实现着床/离床判断、体动强度判断、呼吸次数(憋气)计算和心率次数计算，可以有效监测着床人员的四种生命体征信息，同时这些体征信息的融合也适用于灾后救援等其它生命体检测的场景中。命体检测的场景中。命体检测的场景中。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式生命体征监测方法


[0001]本专利技术属于医疗养老和健康监护领域，具体说是一种非接触式生命体征监测方法。

技术介绍

[0002]根据中国国家统计局的数据，我国60岁以上人口已达2.5亿，正逐渐在步入老龄化社会。老龄化人口逐渐增多，人们对健康和养老陪护方面逐渐重视，由此带来的问题是，需要更多的人力和资源对老人进行监护。
[0003]随着现代人对健康的重视程度的提高，很多健康监测仪器和睡眠监测设备也应运而生。基于压电传感器感知人体生理信号是实现生命体征监测的一种形式，典型代表是智能床垫或智能手环，但是作为接触式或穿戴式智能设备，该类监测方式需要铺在床褥或配戴在手腕上，给人们的生活方式和习惯带来一定的影响。

技术实现思路

[0004]本专利技术目的是提供一种非接触式生命体征监测方法，使用24GHz微波雷达，进行各项生命体征信息(包括：心跳、呼吸、体动、着床/离床状态)的提取，从而实现用户健康情况的管理。在应用方面，本系统可以应用在养老院、健康管理机构以及家庭等场景，以克服上述基于压电传感器感知人体生理信号方法的缺陷。
[0005]本专利技术为实现上述目的所采用的技术方案是：一种非接触式生命体征监测方法，包括以下步骤：
[0006]1)分别以设定的采样频率对雷达模块I/O两路信号进行数据采集，得到I/O两路信号的数据帧信号组；
[0007]其中，每一秒缓存的信号作为一帧数据；所述多帧数据构成数据帧信号组；
[0008]2)分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行时域分析，判断用户的着床状态和体动状态；分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行频域分析，获取用户的呼吸次数和心率次数。
[0009]步骤2)中，所述分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行时域分析，判断用户的着床状态和体动状态；包括以下步骤：
[0010](1)分别对I/Q两路时域信号中的数据帧信号组内的帧数据进行排序，取N个极大值帧数据作均值，得到I路信号平均强度和Q路信号平均强度；
[0011](2)将两路信号平均强度与设定阈值进行比较，若两路信号均小于设定阈值，则判断用户为离床状态；否则，判断用户为着床状态，则继续步骤(3)；
[0012](3)若用户处于着床状态，分别选取I/O两路信号的数据帧组中帧数据的最大值和最小值，分别将两路信号的最大值和最小值与设定的上下限阈值进行比较，若两路信号的最大值均大于设定的上限阈值，且两路信号的最小值均小于设定的下限阈值，则表示用户着床状态中体动的动作幅度大；否则，则表示用户着床状态中体动的动作幅度小。
[0013]步骤2)中，所述分别对I/Q两路时域信号进行频域分析，具体为：
[0014]将步骤1)中采集到的两路信号的数据帧组以队列形式缓存在长度为512的数组中，每间隔1s进行一次512点的快速傅里叶变换，以实现将I/Q两路时域信号转换为I/Q两路频域信号；
[0015]再进行频段截取：分别提取频域内0.1～0.3Hz、0.1～0.6Hz及0.9～2Hz频率的幅值并进行缓存；将得到的不同频段频率分别去除环境噪声的频谱分布，以消除环境噪声的干扰；并根据不同的频段，获取用户的呼吸次数及心跳次数。
[0016]步骤2)中，获取用户的呼吸次数，具体为：
[0017]分别索引I/O两路信号在0.1～0.6Hz频段内的最大幅值，若两路信号的最大幅值均小于设定的憋气阈值，则判定用户为憋气状态，呼吸次数为0；
[0018]否则，若两路信号的最大幅值均大于设定的憋气阈值，则判断两路信号的最大幅值所对应的频率是否分别在0.1～0.3Hz内；
[0019]若最大幅值在0.1～0.3Hz内，则最大幅值所对应的频率值的60倍作为用户每分钟的呼吸次数；若最大幅值不在0.1～0.3Hz内，则将最大幅值所对应的频率值的30倍作为用户每分钟的呼吸次数；将I/O两路信号的呼吸次数的平均值作为最终用户的呼吸次数。
[0020]步骤2)中，获取用户的心跳次数，具体为：
[0021]分别索引I/Q两路信号0.9～2Hz频段内的最大幅值，将该最大幅值对应的频率的60倍作为每分钟心跳次数。
[0022]在所述步骤2)对I/Q两路信号进行频域分析前，对雷达模块进行无人环境训练，得到环境噪声的频谱分布,以减少环境中的周期低频噪声对基于频域进行获取用户呼吸次数和心率次数的干扰。
[0023]所述对雷达模块进行无人环境训练，包括以下步骤：
[0024]a)设置雷达模块的覆盖范围内不存在生命体活动；
[0025]b)在设定时间内分别对I/Q两路时域信号的数据帧进行512点快速傅立叶变换，并将傅里叶变换的0.1～2Hz频段内的输出结果进行缓存；
[0026]c)对0.1～2Hz频段内的快速傅里叶变换的输出结果进行求取均值，得到环境噪声的频谱分布。
[0027]步骤1)中，所述设定频率为25Hz。
[0028]所述雷达模块为连续波多普勒式雷达。
[0029]本专利技术具有以下有益效果及优点：
[0030]1.本专利技术提出融合多种体征信息进行生命体检测的方法，在同一个设备下实现着床/离床判断、体动强度判断、呼吸次数(憋气)计算和心率次数计算，可以有效监测着床人员的四种生命体征信息，同时这些体征信息的融合也适用于灾后救援等其它生命体检测的场景中。
[0031]2.本专利技术详细设计方法实现简单，准确，便于移植；提出的生命体征计算方法实现简单、便捷，呼吸倍频处理机制可以有效提供呼吸和心率的准确性，有利于在低成本处理器上的部署，具有很大的应用空间。
[0032]3.本专利技术提出的无人环境学习功能提高呼吸和心率的计算精度；从频域角度对无人环境噪声进行“学习”，可以有效减少环境中的周期低频噪声对基于频域进行呼吸和心率
计算的干扰。
附图说明
[0033]图1为本专利技术非接触式生命体征监测方法流程图。
具体实施方式
[0034]下面结合附图及实施例对本专利技术做进一步的详细说明。
[0035]如图1所示，为本专利技术非接触式生命体征监测方法流程图；本专利技术提出的方法由着床/离床和体动状态判断、呼吸次数和心跳次数计算以及无人环境学习三个部分组成，通过对雷达模块采集人体的I/Q两路原始信号进行时域和频域的数据分析与处理，实现着床/离床、体动、呼吸、心率等体征信息的计算，并将体证信息通过无线方式传递给PC端进行可视化。
[0036]本专利技术的主要目的在于：1.着床/离床和体动状态判断：以合适的滑动窗口采集和存储雷达信号并作为一帧数据，通过对该帧数据取前N个极值求均值的方式计算平均信号强度，以判断是否有生命体存在，即被监测人员是否着床；在着床的情况下，取该帧数据最大值和最小值，与参考阈值作比较，以判断是否有较大体动发生，即被监测人员着床时是否相对静止。
[0037]2.呼吸次数和心跳次数计算：
[0038]在被监测人员着床相对静止的情况下，对一帧雷达本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种非接触式生命体征监测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)分别以设定的采样频率对雷达模块I/O两路信号进行数据采集，得到I/O两路信号的数据帧信号组；其中，每一秒缓存的信号作为一帧数据；所述多帧数据构成数据帧信号组；2)分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行时域分析，判断用户的着床状态和体动状态；分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行频域分析，获取用户的呼吸次数和心率次数。2.根据权利要求1所述的一种非接触式生命体征监测方法，其特征在于，步骤2)中，所述分别对I/O两路信号的数据帧信号组进行时域分析，判断用户的着床状态和体动状态；包括以下步骤：(1)分别对I/Q两路时域信号中的数据帧信号组内的帧数据进行排序，取N个极大值帧数据作均值，得到I路信号平均强度和Q路信号平均强度；(2)将两路信号平均强度与设定阈值进行比较，若两路信号均小于设定阈值，则判断用户为离床状态；否则，判断用户为着床状态，则继续步骤(3)；(3)若用户处于着床状态，分别选取I/O两路信号的数据帧组中帧数据的最大值和最小值，分别将两路信号的最大值和最小值与设定的上下限阈值进行比较，若两路信号的最大值均大于设定的上限阈值，且两路信号的最小值均小于设定的下限阈值，则表示用户着床状态中体动的动作幅度大；否则，则表示用户着床状态中体动的动作幅度小。3.根据权利要求1所述的一种非接触式生命体征监测方法，其特征在于，步骤2)中，所述分别对I/Q两路时域信号进行频域分析，具体为：将步骤1)中采集到的两路信号的数据帧组以队列形式缓存在长度为512的数组中，每间隔1s进行一次512点的快速傅里叶变换，以实现将I/Q两路时域信号转换为I/Q两路频域信号；再进行频段截取：分别提取频域内0.1～0.3Hz、0.1～0.6Hz及0.9～2Hz频率的幅值并进行缓存；将得到的不同频段频率分别去除环境噪声的频谱分布，以消除环境噪声的干扰；并根据不同的频段，获取用户的呼吸次数及心跳次数。4.根据权...

【专利技术属性】
技术研发人员：沈露，贾凯，卢裕，唐忠华，杜振军，
申请(专利权)人：沈阳新松机器人自动化股份有限公司，
类型：发明
国别省市：