[发明专利]一种基于毫米波重建心电图的方法

权利要求书

1.一种基于毫米波重建心电图的方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1)毫米波雷达朝人体胸口位置发射调频连续波进行探测，并对探测信号进行锯齿调制；

步骤2)根据弗里斯传播方程，将胸腔表面参数化为时变的非刚性表面；

步骤3)获取胸腔表面纯净的中频信号；

所述步骤3)具体为：

3.1)探测信号被胸腔表面的单元面反射，不考虑信号传感过程中的杂波，通过计算探测信号和胸腔表面反射信号的差异得到纯净的中频信号；

胸腔表面反射信号表示如下：

其中，t_tr是反射信号的运行时间，δ是反射信号的振幅；x为在时间t+kT时的信号幅度；T是周期；k表示周期的计数器，k＝0,1,2…；j为调制阶数，j＝1,2,3…；f_srart表示探测信号的起始频率；B是带宽；

通过计算探测信号和胸腔表面反射信号的差异得到纯净的中频信号IF(t+kT)的计算公式如下：

δ’表示雷达中混频器转换损耗的振幅；

3.2)考虑到信号传感过程中的杂波，将含杂波的中频信号IF′_k表示为旋转相量形式：

IF′_k＝A_kexp(jθ_k)+A_cexp(jθ_c)

其中，旋转相量中的第一项为纯净的中频信号IF(t+kT)，第二项为静态杂波；A_k表示第k个周期的振幅；θ_k表示第k个周期的相位，A_c和θ_c表示初始振幅和初始相位；

根据含杂波中频信号IF′_k的旋转相量形式判断出多个周期的含杂波中频信号分布在相量空间中中心位于A_c∠θ_c的圆周上，通过三个同周期的含杂波中频信号估计A_c∠θ_c，即求解的外接圆圆心：

其中，‖·‖是一范数；

将A_c∠θ_c进行坐标转换获得A_cexp(jθ_c)，含杂波的中频信号IF′_k通过减去A_cexp(jθ_c)，得到抑制杂波后的中频信号；然后使用0.8Hz的高通滤波器对抑制杂波后的中频信号进行滤波后得到纯净的中频信号IF(t+kT)；

步骤4)利用中频信号中的相位项进行细粒度胸部传感得到多维心脏传感信号R；

步骤5)重建心电图：

5.1)选取不同活动中不同对象的心脏传感信号以及心脏传感信号对应的心电图数据作为样本数据；

5.2)构建时序神经网络，时序神经网络由长短期记忆网络和注意力机制组成；

5.3)将样本数据输入时序神经网络进行训练，训练时使用离散小波变换系数之间的距离作为损失函数；

5.4)将待测对象的心脏传感信号R输入步骤5.3)训练后的时序神经网络中，输出对应的心电图数据，从而完成心电图的重建。

2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波重建心电图的方法，其特征在于，所述步骤1)中对探测信号采用下述计算公式进行锯齿调制：

其中，x为在时间t+kT时的信号幅度；T是周期；k表示周期的计数器，k＝0,1,2…；j为调制阶数，j＝1,2,3…；f_start表示探测信号的起始频率；B是带宽。

3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波重建心电图的方法，其特征在于，所述步骤2)中将胸腔表面参数化为时变的非刚性表面的计算公式为：

其中，y(t)表示时变的非刚性表面对调频连续波的反射函数；S表示胸腔表面，dS表示将胸腔表面网格化后分成的每个单元面；ρ_s(t)表示单元面的反射率；r_s(t)表示在t时刻单元面dS和雷达之间的距离。