[发明专利]一种基于RF技术的多目标呼吸频率检测方法及系统

说明书

本发明公开了一种基于RF技术的多目标呼吸频率检测方法及系统，利用RF技术实现高精度的呼吸检测。本发明利用多目标胸部位移所引起的微小的射频信号振幅变化来检测呼吸，过程中检测不需要用附带任何设备，利用多个廉价的RF无源标签在不同位置的协同部署，以及利用“死角”消除目标间的相互干扰，通过频域消除非呼吸引起的信号变化，最终实现精准区分多个目标的呼吸，提高了监测系统的可行性及鲁棒性。

技术领域

本发明涉及被动式感知领域，特别涉及一种基于RF技术的多目标呼吸频率检测方法。

技术背景

呼吸速率作为人体的一项重要生命体征，可以预示患者病情和正常人的健康状况，检测呼吸对婴儿、老人，病人监护起到关键性作用。呼吸过快，呼吸过慢以及呼吸暂停都是生理疾病发生的重要征兆，急需临床诊断。

目前国内外实现呼吸检测的方法可划分为两大类，一类是接触式呼吸检测，另一类是非接触式呼吸检测。接触式呼吸检测方法包括速度式呼吸检测法、温度检测法、容积式呼吸检测法、位移检测法、阻抗检测法、可穿戴技术等。这些方法属于无创检测且技术成熟，但缺陷是都需要人体直接接触电极或传感器，使人受到一定的约束和限制，不适合用于严重患者或者新生儿的呼吸监测。而非接触式呼吸检测不需要用户携带或接触任何设备，利用电磁波、光等媒介来感知人体呼吸，在不影响用户正常生活的前提下成功进行非接触式呼吸探测。接触式呼吸检测方法通常基于以下参数，如呼吸气流、呼吸引起的胸腹部起伏运动、呼吸声音、呼吸排出的二氧化碳和吸进的氧气量等。

呼吸气流检测：包括对呼吸气体流过时的温度变化检测，呼吸气体流过时的压力检测，以及呼吸气体流过时的流量检测，速度式呼吸检测法和容积式呼吸检测方法是两种对呼吸呼吸流量的检测方法，当气流流过时，周围空气的湿度，温度压强都会发生改变，但其中温度的变化远比气压和湿度显著，所以温度通常作为呼吸信号检测的量度，嘴唇以及鼻腔底部的温度会由于呼吸时气流的通过而发生改变，因此可以利用温度传感器来检测温度的变化，进一步检测呼吸信号。但由于气流流通时引起的温度变化不大，通常只有1 2℃，故通常在实际应用中采用热敏电阻传感器，将热敏电阻传感器置于鼻腔内或者鼻腔下方嘴唇上方，热敏电阻的阻值的改变量在放大器前端转换为与呼吸周期同步的交变电压信号，其频率则试做呼吸频率，但是传感器长时间接触人体导致温度变化不明显，最终会影响测量结果，所以该方法并不适用于长期的连续监测。

胸腹部起伏运动检测：呼吸时，人的呼吸道和胸腔，腹腔也会随之发生相应的周期性变化，常用的检测以上变化的方法有以下几种：压力检测，阻抗检测，呼吸感应体积描计术。上述的几种检测方法需要电极或者传感器直接与人体相接触，所以以下几个因素会直接或间接的影响检测效果：第一，传感器或者电极与人体皮肤接触不良，进而导致信号接收不良；第二，外部因素影响，起搏器，器官的活动，检测目标的移动都会影响呼吸信号的检测；第三，传感器或者电极的放置位置不适当都会影响呼吸信号的检测。

呼吸声音检测：该方法是将微型的拾音器放置在喉上或者呼吸道附近对呼吸时声音的变化进行监测，接着通过频谱分析估计出声音大小，还可以将拾音器放置在衣领处获取呼吸声音，但由于呼吸声音较小，其它不相关的声音会很容易覆盖或干扰呼吸的检测，因此需要实现在强背景下获取弱信号。针对接触式呼吸检测到的存在的侵入性问题，非接触式呼吸检测方法可以克服。三种常用的非接触式呼吸测量方法分别为：基于光的呼吸测量方法以及基于红外成像的技术的呼吸测量方法，基于生物雷达的呼吸测量方法。

基于光的呼吸测量方法：该方法检测呼吸主要是通过光栅视觉传感器和处理模块，系统总体由光栅发射器(提供隐形的红外光点阵列)和携带光学带通滤波器的CCD(电荷耦合摄像机)，电荷耦合摄像机会捕捉由光栅发射器向对象发射的一系列亮点，然后通过分析每一个亮点的位移来检测呼吸。

基于红外成像的技术的呼吸测量方法：由于呼出气体的温度高于室内环境温度，所以呼出的粒子发出的能量会给高。这个现象在红外成像中被认为是捕捉到动态热的特征。因此，高灵敏的红外线成像可以对呼吸功能进行检测，但是，由于该现象强度较低且存在时间较短，所以特征值的处理是一大技术难点。