[發明專利]一種基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法

有效

• 申請號: 201711315537.7
• 申請日: 2017-12-12
• 公開（公告）號: CN107928674B
• 公開（公告）日: 2020-08-18
• 發明（設計）人: 張大慶;王天本
• 申請（專利權）人: 北京大學（天津濱海）新一代信息技術研究院
• 主分類號: A61B5/08
• 分類號: A61B5/08;G01S15/08
• 代理公司: 北京辰權知識產權代理有限公司 11619
• 代理人: 劉廣達

本發明提供了一種基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，包括：使用聲波收發器發送線性調頻波并接收回波；對所述回波做帶通濾波；采樣率差異補償，采集線性調頻波和回波做回歸分析，擬合出誤差模型，并根據所述誤差模型進行補償；計算所述線性調頻波和回波的互相關函數；確定參考點并將相對延遲轉化為絕對延遲；根據測距公式估算距離；計算所述測距結果的自相關函數；選擇自相關函數第一峰值最大的測距結果作為最終的呼吸波形；對呼吸波進行低通濾波，在給定時間窗口計算呼吸率，并可視化所述呼吸波。本發明測量精度高，不容易受周圍移動物體和室內氣流的影響；測距分辨率高，對于呼吸時胸腹起伏較弱的人群也能夠精確測量。

技術領域

本發明涉及呼吸檢測方法，尤其涉及一種利用聲波信號非接觸式檢測人體呼吸的方法。

背景技術

呼吸是人體重要生命體征，直接反應人體健康狀態。呼吸檢測對于許多疾病的早期診斷、治療非常關鍵。按照檢測方式，呼吸檢測方法大致分為兩類：接觸式和非接觸式。可穿戴式方法又包含醫用可穿戴和便攜式家用智能可穿戴。醫用可穿戴式方法包括胸阻抗掃描器、二氧化碳掃描器等穿戴設備，但是面臨價格高昂、有侵擾性、且必須隨時貼身攜帶等困難，難以用于長期呼吸檢測；便攜式家用智能可穿戴設備包括智能腕帶、智能腕表、智能胸帶等設備，但也面臨檢測準確度低、舒適度差和用戶很難堅持長期使用的困難。目前非接觸式呼吸檢測技術，特別是聲波呼吸檢測技術逐漸受到人們的關注，相比于接觸式檢測，它無需人體攜帶或貼靠任何設備，且聲波信號已經廣泛存在，具有非侵擾性、方便、低成本的優點，尤其適合長期的呼吸檢測。

在非接觸式呼吸檢測技術方面，文獻[1][2]記載了基于聲波信號檢測呼吸的可行性研究，并設計檢測方法和實現了相應的檢測系統。但是，文獻[1]所述方法存在容易受周圍移動物體(如周圍有人走過)和室內氣流的影響；文獻[2]所述方法由于受可用帶寬的限制，存在測距分辨率不足的問題，對于呼吸時胸腹起伏較弱的人群(如體型偏瘦的人群、老年人和兒童)不適用。

引用文獻：

[1]Philippe Arlotto,Michel Grimaldi,Roomila Naeck and Jean-MarcGinoux.2014.An ultrasonic contactless sensor for breathing monitoring.Sensors14.8(2014),15371-86.

[2]Rajalakshmi Nandakumar,Shyamnath Gollakota,Nathaniel WatsonM.D..2015.Contactless Sleep Apnea Detection on Smartphones.In Proceedings ofthe 13th Annual International Conference on Mobile Systems,Applications,andServices.ACM,45-57.

發明內容

為了克服上述現有技術的不足，本發明提供一種基于高精度聲波測距的非接觸式呼吸檢測的方法。該方法包含一個高精度聲波測距技術,并利用該技術實時的檢測呼吸時人胸腹的起伏從而實現實時的呼吸檢測。

具體的，本發明提供了一種基于聲波測距的非接觸式呼吸檢測方法，包括：

使用聲波收發器發送線性調頻波并接收回波；

對所述回波做帶通濾波，濾除掃頻范圍以外的噪音；

采樣率差異補償，采用離線的方式采集線性調頻波和回波做回歸分析，擬合出誤差模型，并根據所述誤差模型進行補償；

計算所述線性調頻波和回波的互相關函數；

確定參考點并將相對延遲轉化為絕對延遲；

根據測距公式估算距離，構建定長緩存隊列，以緩存測距結果；