[發明專利]一種基于毫米波重建心電圖的方法

有效

• 申請號: 202110203340.4
• 申請日: 2021-02-23
• 公開（公告）號: CN112971771B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發明（設計）人: 許文曜;林峰;李勤;許陳漢
• 申請（專利權）人: 浙江大學計算機創新技術研究院
• 主分類號: A61B5/11
• 分類號: A61B5/11;A61B5/0507;A61B5/0245;A61B5/318;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 林超

1.一種基于毫米波重建心電圖的方法，其特征在于，包括以下步驟：

步驟1)毫米波雷達朝人體胸口位置發射調頻連續波進行探測，并對探測信號進行鋸齒調制；

步驟2)根據弗里斯傳播方程，將胸腔表面參數化為時變的非剛性表面；

步驟3)獲取胸腔表面純凈的中頻信號；

所述步驟3)具體為：

3.1)探測信號被胸腔表面的單元面反射，不考慮信號傳感過程中的雜波，通過計算探測信號和胸腔表面反射信號的差異得到純凈的中頻信號；

胸腔表面反射信號表示如下：

其中，t_tr是反射信號的運行時間，δ是反射信號的振幅；x為在時間t+kT時的信號幅度；T是周期；k表示周期的計數器，k＝0,1,2…；j為調制階數，j＝1,2,3…；f_srart表示探測信號的起始頻率；B是帶寬；

通過計算探測信號和胸腔表面反射信號的差異得到純凈的中頻信號IF(t+kT)的計算公式如下：

δ’表示雷達中混頻器轉換損耗的振幅；

3.2)考慮到信號傳感過程中的雜波，將含雜波的中頻信號IF′_k表示為旋轉相量形式：

IF′_k＝A_kexp(jθ_k)+A_cexp(jθ_c)

其中，旋轉相量中的第一項為純凈的中頻信號IF(t+kT)，第二項為靜態雜波；A_k表示第k個周期的振幅；θ_k表示第k個周期的相位，A_c和θ_c表示初始振幅和初始相位；

根據含雜波中頻信號IF′_k的旋轉相量形式判斷出多個周期的含雜波中頻信號分布在相量空間中中心位于A_c∠θ_c的圓周上，通過三個同周期的含雜波中頻信號估計A_c∠θ_c，即求解的外接圓圓心：

其中，‖·‖是一范數；

將A_c∠θ_c進行坐標轉換獲得A_cexp(jθ_c)，含雜波的中頻信號IF′_k通過減去A_cexp(jθ_c)，得到抑制雜波后的中頻信號；然后使用0.8Hz的高通濾波器對抑制雜波后的中頻信號進行濾波后得到純凈的中頻信號IF(t+kT)；

步驟4)利用中頻信號中的相位項進行細粒度胸部傳感得到多維心臟傳感信號R；

步驟5)重建心電圖：

5.1)選取不同活動中不同對象的心臟傳感信號以及心臟傳感信號對應的心電圖數據作為樣本數據；

5.2)構建時序神經網絡，時序神經網絡由長短期記憶網絡和注意力機制組成；

5.3)將樣本數據輸入時序神經網絡進行訓練，訓練時使用離散小波變換系數之間的距離作為損失函數；

5.4)將待測對象的心臟傳感信號R輸入步驟5.3)訓練后的時序神經網絡中，輸出對應的心電圖數據，從而完成心電圖的重建。

2.根據權利要求1所述的一種基于毫米波重建心電圖的方法，其特征在于，所述步驟1)中對探測信號采用下述計算公式進行鋸齒調制：

其中，x為在時間t+kT時的信號幅度；T是周期；k表示周期的計數器，k＝0,1,2…；j為調制階數，j＝1,2,3…；f_start表示探測信號的起始頻率；B是帶寬。

3.根據權利要求1所述的一種基于毫米波重建心電圖的方法，其特征在于，所述步驟2)中將胸腔表面參數化為時變的非剛性表面的計算公式為：

其中，y(t)表示時變的非剛性表面對調頻連續波的反射函數；S表示胸腔表面，dS表示將胸腔表面網格化后分成的每個單元面；ρ_s(t)表示單元面的反射率；r_s(t)表示在t時刻單元面dS和雷達之間的距離。