非接触式生命体征检测装置的设计

为解决临床医学、急救或居家养老等应用场景中无法直接使用传统穿戴式监测仪器实时监测人体生命体征的问题,设计了一种基于多普勒雷达的非接触式生命体征检测装置,该装置通过STM32F429IGT6控制器从多普勒雷达检测的信号中实时提取人体呼吸和心跳信号。其硬件主要由微控制器、多普勒雷达传感器信号放大电路、滤波器、电平抬升电路等部分组成,系统通过IIR带通滤波实现呼吸和心跳信号分离与提取,使用FFT对分离的呼吸和心跳信号进行实时频谱分析,计算并显示呼吸和心跳次数。实验测试结果表明,该装置能有效实时检测人体的呼吸和心跳次数,实现2 m范围内的非接触式人体生命体征检测,心跳次数最大均值误差为9.14%,呼吸次数最大均值误差为4.7%。

用于非接触式生命体征检测的雷达技术研究进展

通过生命体征判断人体健康状况是医学中重要的诊断手段。基于雷达传感器实现精确的非接触式生命体征检测,可以弥补传统的接触式医疗设备的缺点,并推动医疗保健系统向更便捷、更精确、更智能化的方向迈进。总结了雷达传感系统在生命体征信号检测应用中的研究进展,详细讨论了与系统相关的硬件架构和信号处理技术的发展。研究发现,发展高精度、高灵敏度及小型化的雷达是目前该领域的研究方向,而获取高精度的呼吸信号和心跳信号意味着要实现更高的工作频率、更严谨的硬件架构和更复杂的信号处理算法。最后,总结并探讨了毫米波雷达传感系统在非接触式生命体征检测应用中面临的挑战及未来的发展方向。

连续波生物雷达生命体征检测平台与实验研究

为全面提高实践教学质量,基于当前生物雷达生命体征检测的研究热点,开发了一个低成本的连续波生物雷达生命体征检测平台,用于开展呼吸、心率的非接触式检测实验研究。该实验平台以人体为被测对象,搭载了生物雷达传感器,以MSP430F5529 LaunchPad为硬件基础,设计了雷达基带信号调理电路板,并利用MATLAB/LabVIEW进行体动信号的数据处理和分析,提取呼吸、心跳信号。实验内容涵盖模拟电路、单片机与嵌入式系统、信号与系统、数字信号处理等多门课程内容。基于该实验平台进一步开展非接触式呼吸、心跳检测在医疗诊断、家庭监护领域的应用研究和创新开发,培养学生的创新精神和综合能力。

非接触式生命体征监测技术的研究现状与展望

对生命体征的有效监测是医疗救治和健康维护的重要前提。传统的接触式监测技术局限性明显,且用户体验差。随着科技的进步,各类光纤传感、生物雷达、压电传感、红外热成像等非接触式传感技术迅速发展。本文通过对比分析不同非接触式生命体征监测技术的原理、特点与相关研究现状,总结目前非接触式生命体征监测技术所存在的优缺点和未来可能的发展趋势,为非接触式生命体征监测技术发展提供思路。

基于FMCW雷达的多目标生命体征信号检测

应用雷达在复杂场景下检测生命体征时,为了解决现有的多人体目标检测和干扰滤除以及心跳信号干扰滤除的问题,提出了一种应用调频连续波(FMCW)雷达检测多目标生命体征信号的方法。首先,介绍了雷达检测原理与信号模型,阐述了整个雷达信号的处理流程,即多目标距离单元检测、相位提取、生命体征信号提取。其中在多目标距离检测过程中,提出1种改进的单元平均恒虚警率(CA-CFAR)算法,该方法具有自适应检测门限特点的同时,解决了传统CA-CFAR算法目标附近距离门重复检测的问题,实现多目标检测;在生命体征信号提取过程中,运用自动多尺度峰值检测(AMPD)算法估计呼吸率与心率,过滤无效的波峰干扰,提高对心跳检测的鲁棒性。最后,通过多组测试,相较于常用的频谱分析估算方法,呼吸速率和心率检测的平均误差率分别降低了3.67%和3.31%,验证了所提方法的可行性和准确性。

非接触生命体征检测系统中噪声的非线性压缩

详细讨论一种非接触检测系统中时域波形显示过程中 ,对叠加在人体呼吸、心跳信号中噪声进行压缩的方法 ,并对通过实验室中两种不同环境下噪声压缩阈值的研究 ,解决了时域图形显示过程中噪声水平随着AD数据采集卡的增益及软件显示增益增加的问题 ,实现了呼吸和心跳信号低噪声水平的显示。

基于热成像技术的非接触式生命体征测量方法

针对目前临床上监测生命体征设备的不便携带、接触人体等问题实现了一种将红外热成像仪作为信息采集设备,通过分析人体面部血管模型及鼻孔位置温差变化得到心率值和呼吸信息的方法。首先对获取的热像图序列提取前景目标以缩短在整幅图像中进行人脸检测的时间,再利用各向异性扩散滤波法增强感兴趣区域内血管位置的对比度,并利用形态学处理获得人脸血管部位的灰度均值形成初始心率信号。最终通过趋势消除、小波阈值去噪方法去除时间序列中的趋势项和随机噪声获取最终的心率波形图和动态心率、呼吸值。与医院专用设备对比试验得出该方法可控制心率误差小于4%,平均的均值误差为|d|=0.718次/min。呼吸误差在1次/min内,具有较高的准确性和鲁棒性,能够满足实际需求。

基于时变滤波经验模态分解的非接触式心率变异性估计方法

民航从业人员的身体健康状况是影响航空安全的重要因素,其中呼吸和心跳是极其重要的健康状况表征。为解决接触式或穿戴式测量系统对人员工作时的局限与影响,可采用线性调频连续波(Frequency-modulated continuous wave,FMCW)雷达达到非接触式测量的目的。由于生命体征信号具有时变、非平稳的特点,针对经验模态分解(Empirical mode decomposition,EMD)在信号分解中存在模态混叠现象的问题,使用时变滤波经验模态分解(Time varying filtering based on EMD,TVF-EMD)自适应信号的局部截止频率,可有效提高信号分离性能,解决模态混叠问题。利用TVF-EMD分解出的本征模态函数(Intrinsic mode functions,IMF)分量重构心跳对应的时域信号,估计心跳信号的频率和心跳节拍间隔(Inter-beat interval,IBI),进一步对心率变异性(Heart rate variability,HRV)相关指标进行估计。仿真实验与实测数据处理结果表明,TVF-EMD可从毫米波雷达测量信号中有效分离出呼吸与心跳信号。同时,从模态混叠程度及信号分离性能两方面对TVF-EMD与EMD方法分解效果进行了仿真分析,结果表明TVF-EMD能够有效解决模态混叠问题。因此,TVF-EMD方法能够准确有效地从毫米波雷达测量信号中提取生命体征信息,为IBI估计和HRV分析提供准确的时域信息,具有广阔的应用前景。

基于光纤传感的生命体征监测技术研究现状

传统的接触式生命体征监测仪器存在一些使用上的限制,如不便于操作和需要频繁更换传感器等问题。近年来,科研工作者一直致力于研究和探索基于光纤传感的生命体征监测方法,旨在寻求一种成本低廉、可靠性高且适用范围广泛的监测方法。基于光纤传感的生命体征监测方法在心率、呼吸、体温、血压及血糖等方面取得了显著的研究进展。这种基于光纤传感的监测方法可以实现非接触式监测,无须直接接触人体,从而减少对人体的不适感,其有望在临床医学和健康管理等领域得到更广泛的应用,并为人类健康提供更精准和舒适的监测和预警手段。

智能非接触式生命体征监测器面世

台湾一家研究机构和ECLAT Textiles公司合作完成了生命体征监测器iSmartweaR的设计和制造，其主要特点是无接触、服装设计且在追踪心率和呼吸频率时不受移动限制。通过以上两项数据，让使用者可以了解自己的体力活动、睡眠质量和情绪状态.

基于WA-EMD算法的脉冲式超宽带雷达多目标生命体征检测

针对脉冲式超宽带雷达的非接触式生命体征检测系统中多目标生命体征难以准确识别和分离的问题,该文提出一种基于窗平均经验模式分解(WA-EMD)的高分辨多目标生命体征分离和提取算法。WA-EMD算法利用加窗的方法来计算局部平均值,具有良好的抗模态混叠和抗噪声性能,能够准确地分离出不同人体目标的呼吸信号,实现同一距离门中多目标的有效检测。利用Hilbert变换获得呼吸信号的时变频率。仿真实验和雷达实测结果表明,该文提出的算法能够准确有效地实现同一距离门中多目标的生命体征的准确识别和分离,可计算实时的呼吸速率。

基于成像式光电容积描记技术的非接触式生命体征监测在ICU重症康复中的应用研究

目的探讨基于成像式光电容积描记(iPPG)技术的非接触式生命体征监测系统在重症监护室(ICU)重症康复的应用。方法选取2021年7月至2021年9月符合入选和排除标准的气管切开患者10例, 分别采用基于iPPG技术的非接触式生命体征监测系统和24 h床旁监护仪采集每例患者在静息状态、翻身吸痰、采取重症康复治疗措施如运动治疗、作业治疗时的生命体征参数, 包括心率、血氧饱和度和血压(舒张压和收缩压), 连续采集3 d。将2种方式采集到的心率、血氧饱和度和血压(舒张压和收缩压)进行比较, 分析基于iPPG技术的非接触式生命体征监测系统监测的准确性。结果基于iPPG技术的非接触式生命体征监测系统监测的血氧饱和度为(98.56±1.46)%, 24 h床旁监护仪记录的血氧饱和度为(98.80±1.35)%, 2种采集方式所得数值比较, 差异无统计学意义(P>0.05)。非接触式生命体征监测系统监测的心率、舒张压、收缩压分别为(87.54±13.97)次/min、(130.93±11.47)mmHg、(87.43±7.01)mmHg, 与24 h床旁监护仪记录的(84.78±11.88)次/min、(126.06±17.81)mmHg、(64.86±13.69)mmHg比较, 差异均有统计学意义(P<0.05)。结论在重症康复环境中, 基于iPPG技术的非接触式生命体征监测系统在血氧饱和度这个生理指标上准确性高, 在心率、收缩压、舒张压这三项指标上仍有较大的提升空间。

一种人体生命体征检测的新方法

本文首先给出人体生命体征的基本定义及其呼吸、心跳的标准参考值 ,然后讨论目前最常见的接触式检测人体生命体征方法的原理、优缺点 ,最后重点讨论一种检测人体生命体征新方法—非接触检测的原理、理论推导、优缺点及实验室研究现状 ,并给出实验室中在自由空间和穿透模拟砖墙条件下检测到人体呼吸、心跳两路信号的时域。

基于微多普勒雷达的生命体征检测系统设计

针对在利用微多普勒雷达进行生命体征检测研究中存在的问题,设计了一种生物雷达探测系统,确定了雷达的工作模式和频率、射频收发电路及前期信号处理电路。研究了呼吸和心跳的微多普勒散射模型,并通过设计的雷达系统研究了各种人体心肺活动。从频谱的实验结果中可以区分出心跳信号和呼吸信号,因此可以利用其频谱特点起到诊断目的。设计的雷达检测系统可以用来作为一种检测人体心肺活动的工具,也可以用作在地震废墟中、雪崩等情况下探测生命体征的传感器。

非接触式体征监测及智能移动终端算法的实现

目的为研究非接触式的,可实时监测人体呼吸、心跳等生命体征信息的便携式装置,本文设计并实现了一套卡片式雷达体征监测系统。方法该系统根据多普勒雷达原理获得人体微动信息,利用蓝牙将经过预处理的信号发送至智能移动终端,最终采用高效算法在Android平台上进行信号处理、生命体征信号提取与实时显示。结果对受试者做两种状态下的监测,实验所得数据均值与常规方法测得的体征参数相比无显著性差异(呼吸、心跳均值的准确度分别为93.75%和97.33%)。该系统能够获取呼吸、心跳信息,并准确进行算法处理与显示。结论该便携式监测系统能够非接触式地监测单个人体目标的呼吸、心跳等生命体征信号,为健康监护领域的心肺活动监测提供小型化、便携式的解决方案。

非接触式伤情探测技术在卫勤领域的应用进展

在未来的军事冲突中,多变的战场环境加上恶劣的自然环境极有可能导致伤员及搜救人员发生意外,甚至发生生命风险,这将严重影响我军在未来战争中的卫勤保障效率。随着科学技术的发展,非接触式伤情探测技术应运而生。本文分析了非接触式伤情探测技术的发展现状,以及应用于未来卫勤保障中可能存在的问题,并探讨了未来非接触式伤情探测技术应用于卫勤保障的发展方向,旨在提高我军面对未来战争时的卫勤保障能力。

基于高频线性调频连续波的生命体征测量研究

针对接触式、穿戴式的生命体征测量工具本身固有的局限性和不便利性,和低频段毫米波精确度低的缺点,提出了基于高频线性调频连续波(Frequency-Modulated Continuous Wave,FMCW)的非接触式生命体征测量方法。通过对FMCW的发射波和接收波进行混频处理,得到差频信号及其中心频率,由中心频率推导出目标的距离和速度信息。通过实验,与两款手环做心率检测对比,最大误差为6.7%,最大标准差为3.55277。对于不同衣着静止目标、相同衣着移动目标、不同衣着移动目标的最大误差分别为4.5%、7.2%、7.7%。

基于FMCW雷达的非接触式医疗健康监测技术综述

非接触式的医疗健康监测系统解决了用户依从性问题,避免了佩戴电极、传感设备进行监测带来的不舒适感,更有助于将健康监测融入日常生活。非接触式监测手段具有持续地监测用户健康状况的潜力,能够在突发急性医疗事件出现时及时示警,且能够满足新生儿、烧伤患者、传染病患者等特殊人群的监测需求。调频连续波(FMCW)雷达能够同时捕获雷达视场内目标的距离、速度信息,可用于非接触式地监测用户的心率、呼吸率等生理体征及跌倒等行为动作,且从技术上易于单片集成,成本可控,因此在医疗健康监测领域有着重要的应用价值。该文首先阐述了将FMCW雷达应用于非接触式医疗健康监测技术的理论基础,然后系统性地归纳了该领域中的典型前沿应用,最后总结了基于FMCW雷达的医疗健康应用这一领域的研究现状及局限性,并对其应用前景与潜在的研究方向进行了展望。

用于多普勒雷达生命体征监测方法研究的胸腔运动模拟系统

呼吸和心跳是人重要的生命体征,基于连续波多普勒雷达监测生命体征是非接触式监测的研究热点,为了解决在研究过程中呼吸、心跳体征基准信号难以获得的问题,设计了一种使用步进电机水平运动模拟胸腔运动的胸腔运动模拟系统用来测试多普勒雷达生命体征提取方法的性能。重点介绍了胸腔运动模拟系统和24GHz连续波多普勒雷达信号采集模块的软硬件设计,并且使用复信号解调、反正切解调和参数化方法等生命体征提取方法对雷达采集的数据进行了测试,实验结果表明该模拟系统能有效评估上述方法的有效性。