[發(fā)明專利]一種基于毫米波重建心電圖的方法

有效

• 申請(qǐng)?zhí)枺?/td>: 202110203340.4
• 申請(qǐng)日: 2021-02-23
• 公開（公告）號(hào): CN112971771B
• 公開（公告）日: 2022-12-06
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 許文曜;林峰;李勤;許陳漢
• 申請(qǐng)（專利權(quán)）人: 浙江大學(xué)計(jì)算機(jī)創(chuàng)新技術(shù)研究院
• 主分類號(hào): A61B5/11
• 分類號(hào): A61B5/11;A61B5/0507;A61B5/0245;A61B5/318;G06N3/04;G06N3/08
• 代理公司: 杭州求是專利事務(wù)所有限公司 33200
• 代理人: 林超

本發(fā)明公開了一種基于毫米波重建心電圖的方法。本發(fā)明包括以下步驟：步驟1)毫米波雷達(dá)朝人體胸口位置發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行鋸齒調(diào)制；步驟2)根據(jù)弗里斯傳播方程，將胸腔表面參數(shù)化為時(shí)變的非剛性表面；步驟3)獲取胸腔表面純凈的中頻信號(hào)，利用中頻信號(hào)中的相位項(xiàng)進(jìn)行細(xì)粒度胸部傳感得到多維心臟傳感信號(hào)；步驟4)重建心電圖：將解調(diào)后的胸腔振動(dòng)輸入到訓(xùn)練好的時(shí)序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，重建多維度的心電圖。采用本發(fā)明重建的心電圖具有良好的保真度以及完整的心臟臨床特征，在促進(jìn)心臟監(jiān)測(cè)應(yīng)用領(lǐng)域擁有巨大潛力。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明涉及無線感知領(lǐng)域，尤其涉及一種基于毫米波重建心電圖的方法。

背景技術(shù)

隨著人們生活水平的提高，無接觸式的健康檢測(cè)的需求也越來越大，尤其是對(duì)心率的檢測(cè)，心率的變化可以反映人心肺健康狀況。除了健康檢測(cè)的應(yīng)用，無接觸式的心電計(jì)算也能應(yīng)用到遠(yuǎn)距離人體探測(cè)方面。采用毫米波探測(cè)人體，具有成本低，距離遠(yuǎn)和不易受環(huán)境影響的優(yōu)勢(shì)。而目前，檢測(cè)心電的技術(shù)都是接觸式的，因此應(yīng)用環(huán)境十分受限。

發(fā)明內(nèi)容

為了解決背景技術(shù)中的問題，本發(fā)明提供了一種基于毫米波重建心電圖的方法。

本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括以下步驟：

步驟1)毫米波雷達(dá)朝人體胸口位置發(fā)射調(diào)頻連續(xù)波進(jìn)行探測(cè)，并對(duì)探測(cè)信號(hào)進(jìn)行鋸齒調(diào)制：

步驟2)根據(jù)弗里斯傳播方程，將胸腔表面參數(shù)化為時(shí)變的非剛性表面：

步驟3)獲取胸腔表面純凈的中頻信號(hào)；

步驟4)利用中頻信號(hào)中的相位項(xiàng)進(jìn)行細(xì)粒度胸部傳感得到多維心臟傳感信號(hào)R；

步驟5)重建心電圖：

5.1)選取不同活動(dòng)中不同對(duì)象的心臟傳感信號(hào)以及心臟傳感信號(hào)對(duì)應(yīng)的心電圖數(shù)據(jù)作為樣本數(shù)據(jù)；

5.2)構(gòu)建時(shí)序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)，時(shí)序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)由長(zhǎng)短期記憶網(wǎng)絡(luò)(LSTM)和注意力機(jī)制組成；

5.3)將樣本數(shù)據(jù)輸入時(shí)序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行訓(xùn)練，訓(xùn)練時(shí)使用離散小波變換(DWT)系數(shù)之間的距離作為損失函數(shù)；

5.4)將待測(cè)對(duì)象的心臟傳感信號(hào)R輸入步驟4.2)訓(xùn)練后的時(shí)序神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)中，輸出對(duì)應(yīng)的心電圖數(shù)據(jù)，從而完成心電圖的重建。

所述步驟1)中對(duì)探測(cè)信號(hào)采用下述計(jì)算公式進(jìn)行鋸齒調(diào)制：

其中，x為在時(shí)間t+kT時(shí)的信號(hào)幅度；T是周期；k表示周期的計(jì)數(shù)器，k＝0,1,2…；j為調(diào)制階數(shù)，j＝1，2,3…；f_start表示探測(cè)信號(hào)的起始頻率；B是帶寬。

所述步驟2)中將胸腔表面參數(shù)化為時(shí)變的非剛性表面的計(jì)算公式為：

其中，y(t)表示時(shí)變的非剛性表面對(duì)調(diào)頻連續(xù)波的反射函數(shù)；S表示胸腔表面，dS表示將胸腔表面網(wǎng)格化后分成的每個(gè)單元面；ρ_s(t)表示單元面的反射率；r_s(t)表示在t時(shí)刻單元面dS和雷達(dá)之間的距離。

所述步驟3)具體為：

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

胸腔表面反射信號(hào)表示如下：

其中，t_tr是反射信號(hào)的運(yùn)行時(shí)間，δ是反射信號(hào)的振幅；

通過計(jì)算探測(cè)信號(hào)和胸腔表面反射信號(hào)的差異得到純凈的中頻信號(hào)的計(jì)算公式如下：