[发明专利]一种基于毫米波重建心电图的方法

说明书

本发明公开了一种基于毫米波重建心电图的方法。本发明包括以下步骤：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，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；步骤4)重建心电图：将解调后的胸腔振动输入到训练好的时序神经网络中，重建多维度的心电图。采用本发明重建的心电图具有良好的保真度以及完整的心脏临床特征，在促进心脏监测应用领域拥有巨大潜力。

技术领域

本发明涉及无线感知领域，尤其涉及一种基于毫米波重建心电图的方法。

背景技术

随着人们生活水平的提高，无接触式的健康检测的需求也越来越大，尤其是对心率的检测，心率的变化可以反映人心肺健康状况。除了健康检测的应用，无接触式的心电计算也能应用到远距离人体探测方面。采用毫米波探测人体，具有成本低，距离远和不易受环境影响的优势。而目前，检测心电的技术都是接触式的，因此应用环境十分受限。

发明内容

为了解决背景技术中的问题，本发明提供了一种基于毫米波重建心电图的方法。

本发明采用的技术方案包括以下步骤：

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；

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(LSTM)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(DWT)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4.2)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。

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。

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。

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；

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的计算公式如下：