本申请提供一种基于毫米波感知的非接触式心电监测方法及系统，方法包括：以毫米波感知方式自被测目标的胸腔区域非接触式采集该被测目标当前的原始信号；基于波束成形的方式对原始信号进行频域滤波以提取被测目标的心脏区域对应的复数信号；将复数信号输入预设的心电跨模态映射模型，以使该心电跨模态映射模型输出被测目标的心电监测结果数据。本申请能够避免丢失心脏电活动可能导致的电磁波频率偏移、幅值变化等心脏活动关键信息，能够有效提高对心脏活动的聚焦的全面性及可靠性，并能够有效提高心脏活动信息的提取精度，进而能够有效提高非接触式心电监测的可靠性及精度。有效提高非接触式心电监测的可靠性及精度。有效提高非接触式心电监测的可靠性及精度。
【技术实现步骤摘要】
基于毫米波感知的非接触式心电监测方法及系统
[0001]本申请涉及心电监测
，尤其涉及基于毫米波感知的非接触式心电监测方法及系统。
技术介绍
[0002]毫米波雷达作为一种非接触式感知设备，近年来在健康监测领域的应用广受关注，且其具备连续无感心电图监测的潜在能力。心脏的活动可分为电活动与机械活动，其中机械活动是由于电活动传导，心肌兴奋导致的。这两类活动都可以通过雷达发射电磁波进行监测，由发射天线发出的电磁波会被胸腔反射回雷达的接收天线，反射信号中携带了心脏活动的信息，其可通过一系列算法提取并建模为心电信号。其中心脏电活动会产生电磁场从而使电磁波在传输过程中频率产生偏移，而心搏过程中的机械活动导致胸腔产生微小的位移起伏变化，这会导致电磁波的相位规律的变化。
[0003]目前，现有非接触式心脏监测技术可分为心率监测和心电监测两类。其中心率监测属于早期工作，可以通过信号的频谱处理方法获取一定时间内的平均心率，但由于算法及传感器的限制，这些方法只能估计粗略的心率，无法提取单次心搏内的微小心脏事件。而第二类，对心电进行非接触监测主要通过毫米波雷达的信号处理与心脏活动的跨域映射，即从胸腔的机械活动映射到心脏的电活动以构建心电图。
[0004]然而，现有的基于毫米波感知的非接触式心电监测方式根据固定规则频谱特征聚焦到心脏机械活动区域，该方法对心脏活动的聚焦，提取精度不足。此外，现有方法仅提取了雷达反射信号中的心脏的机械活动信息，而忽略了心脏电活动可能导致的电磁波频率偏移。以上两个因素使现有技术的心电监测实施时心电监测波形与金标准设备的一致性不足，心电图精度不足以满足日常监测需求。
技术实现思路
[0005]鉴于此，本申请实施例提供了基于毫米波感知的非接触式心电监测方法及系统，以消除或改善现有技术中存在的一个或更多个缺陷。
[0006]本申请的一个方面提供了一种基于毫米波感知的非接触式心电监测方法，包括：
[0007]以毫米波感知方式自被测目标的胸腔区域非接触式采集该被测目标当前的原始信号；
[0008]基于波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号；
[0009]将所述复数信号输入预设的心电跨模态映射模型，以使该心电跨模态映射模型输出所述被测目标的心电监测结果数据。
[0010]在本申请的一些实施例中，所述以毫米波感知方式自被测目标的胸腔区域非接触式采集该被测目标当前的原始信号，包括：
[0011]控制毫米波雷达基于FMCW技术从其发射天线向被测目标的胸腔区域发射频率线
性增加的线性调频信号，再从其接收天线接收对应的反射信号；
[0012]将发射的所述线性调频信号和所述反射信号进行混合以生成所述被测目标当前的数字中频信号作为所述原始信号。
[0013]在本申请的一些实施例中，所述毫米波雷达配置有2个发射天线和4个接收天线；
[0014]相对应的，所述控制毫米波雷达基于FMCW技术从其发射天线向被测目标的胸腔区域发射频率线性增加的线性调频信号，再从其接收天线接收对应的反射信号，包括：
[0015]控制毫米波雷达基于FMCW技术从2个所述发射天线采用时分复用的方式向被测目标的胸腔区域交替发射频率线性增加的线性调频信号，再从其4个接收天线接收对应的反射信号。
[0016]在本申请的一些实施例中，所述基于波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号，包括：
[0017]根据所述毫米波雷达的发射天线和接收天线之间的位置关系构建多通道的虚拟天线阵列；
[0018]基于所述虚拟天线阵列，通过波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号。
[0019]在本申请的一些实施例中，所述基于所述虚拟天线阵列，通过波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号，包括：
[0020]基于所述虚拟天线阵列，采用波束成形的方式将各个所述原始信号分别映射到三维空间中以提取各个所述原始信号分别对应的雷达信号分量；
[0021]对各个所述雷达信号分量分别进行频域滤波以定位并提取对应的心脏活动信息；
[0022]根据所述心脏活动信息在各个所述雷达信号分量各自对应的三维坐标中，选择心脏搏动信号能量最高的一个三维坐标，并提取该三维坐标对应的I/Q域数据的同相分量和正交分量，以将该同相分量和正交分量确定为所述被测目标的心脏区域对应的复数信号。
[0023]在本申请的一些实施例中，所述心电跨模态映射模型采用复变分自编码器网络架构；
[0024]所述复变分自编码器网络架构包括：
[0025]同相编码器，用于对输入的所述I/Q域数据的同相分量进行卷积运算、下采样及拟合非线性运算以对应输出所述同相分量对应的毫米波心搏特征；
[0026]正交编码器，用于对输入的所述I/Q域数据的正交分量进行卷积运算、下采样及拟合非线性运算以对应输出所述正交分量对应的毫米波心搏特征；
[0027]自注意力模块，用于对所述同相分量对应的毫米波心搏特征和所述正交分量对应的毫米波心搏特征进行融合处理以得到对应的融合毫米波心搏特征；
[0028]解码器，用于将所述融合毫米波心搏特征进行维度还原以输出所述I/Q域数据对应的心电波形数据。
[0029]在本申请的一些实施例中，在所述将所述复数信号输入预设的心电跨模态映射模型之前，还包括：
[0030]获取多个历史原始信号，所述历史原始信号为预先以毫米波感知方式自不同的历史被测目标的胸腔区域非接触式采集得到的；
[0031]基于波束成形的方式对各个所述历史原始信号进行频域滤波以提取不同的历史
被测目标的心脏区域对应的历史复数信号；
[0032]将各个所述历史复数信号作为训练数据，对预设的复变分自编码器网络进行模型训练，并采用与各个所述历史原始信号同步采集的真实历史心电图数据对所述复变分自编码器网络的训练过程进行监督，以将所述复变分自编码器网络训练成用于将复数信号跨模态映射为心电波形数据的心电跨模态映射模型。
[0033]本申请的另一个方面提供了一种基于毫米波感知的非接触式心电监测系统，包括：
[0034]数据采集模块，用于以毫米波感知方式自被测目标的胸腔区域非接触式采集该被测目标当前的原始信号；
[0035]数据处理模块，用于基于波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号；
[0036]模型映射模块，用于将所述复数信号输入预设的心电跨模态映射模型，以使该心电跨模态映射模型输出所述被测目标的心电监测结果数据。
[0037]本申请的另一个方面提供了一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现所述的基于毫米波感知的非接触式心电监测方法。
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【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种基于毫米波感知的非接触式心电监测方法，其特征在于，包括：以毫米波感知方式自被测目标的胸腔区域非接触式采集该被测目标当前的原始信号；基于波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号；将所述复数信号输入预设的心电跨模态映射模型，以使该心电跨模态映射模型输出所述被测目标的心电监测结果数据。2.根据权利要求1所述的基于毫米波感知的非接触式心电监测方法，其特征在于，所述以毫米波感知方式自被测目标的胸腔区域非接触式采集该被测目标当前的原始信号，包括：控制毫米波雷达基于FMCW技术从其发射天线向被测目标的胸腔区域发射频率线性增加的线性调频信号，再从其接收天线接收对应的反射信号；将发射的所述线性调频信号和所述反射信号进行混合以生成所述被测目标当前的数字中频信号作为所述原始信号。3.根据权利要求2所述的基于毫米波感知的非接触式心电监测方法，其特征在于，所述毫米波雷达配置有2个发射天线和4个接收天线；相对应的，所述控制毫米波雷达基于FMCW技术从其发射天线向被测目标的胸腔区域发射频率线性增加的线性调频信号，再从其接收天线接收对应的反射信号，包括：控制毫米波雷达基于FMCW技术从2个所述发射天线采用时分复用的方式向被测目标的胸腔区域交替发射频率线性增加的线性调频信号，再从其4个接收天线接收对应的反射信号。4.根据权利要求2所述的基于毫米波感知的非接触式心电监测方法，其特征在于，所述基于波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号，包括：根据所述毫米波雷达的发射天线和接收天线之间的位置关系构建多通道的虚拟天线阵列；基于所述虚拟天线阵列，通过波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号。5.根据权利要求4所述的基于毫米波感知的非接触式心电监测方法，其特征在于，所述基于所述虚拟天线阵列，通过波束成形的方式对所述原始信号进行频域滤波以提取所述被测目标的心脏区域对应的复数信号，包括：基于所述虚拟天线阵列，采用波束成形的方式将各个所述原始信号分别映射到三维空间中以提取各个所述原始信号分别对应的雷达信号分量；对各个所述雷达信号分量分别进行频域滤波以定位并提取对应的心脏活动信息；根据所述心脏活动信息在各个所述雷达信号分量各自对应的三维坐标中，选择心脏搏动信号能量最高的一个三维坐标，并提取该三维坐标对应的I/Q域数据的同相分量和正交分量，以将该同相分量和正交分量...
【专利技术属性】
技术研发人员：马华东，周安福，赵朗程，林麒，
申请(专利权)人：北京邮电大学，
类型：发明
国别省市：
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