[发明专利]一种基于IR-UWB雷达的非接触式睡眠呼吸监测方法及装置

说明书

本发明公开了一种基于IR‑UWB雷达的非接触式睡眠呼吸监测方法及装置，通过在床边部署IR‑UWB雷达设备，采集所在环境内被测对象夜晚在床期间的生命体征数据；对床的位置范围进行自动定位，由雷达反射的回波信号中抽取出代表床范围内被测对象的生命体征信号；基于信号处理算法对整夜过程中人体的五类状态分别进行识别；根据人体整夜的状态变化情况，估计出被测对象的睡眠时段；监测被测对象在睡眠时段内的呼吸率变化情况；利用基于多头自注意力机制的深度学习方法对被测对象睡眠时段内发生的呼吸事件进行识别。本发明提高了整夜呼吸频率计算的精度，以及能够获得更为准确的睡眠呼吸暂停低通气指数AHI数据。

技术领域

本发明涉及非接触式感知领域和人工智能的深度学习领域，具体涉及一种基于IR-UWB雷达的非接触式睡眠呼吸监测方法及装置。

背景技术

睡眠是衡量人体健康的重要指标之一，它能够反映一些疾病的发展进程和身体异常情况的出现。高质量的睡眠对人体的生理和心理健康都大有裨益。而整夜睡眠中的呼吸情况(如是否发生睡眠障碍等)是睡眠质量的重要监测指标。严重的睡眠障碍疾病如睡眠呼吸暂停低通气综合征(SAHS)，则可能引发猝死。其中，睡眠呼吸暂停指的是人体在一段时间内(一般为10s以上)发生呼吸停滞的现象。在整夜的睡眠中，当睡眠呼吸暂停事件的发生频率达到一定程度后，人体就可能患上SAHS。同时，睡眠呼吸暂停和许多疾病都有一定的关联，如糖尿病、高血压、心脏病、抑郁症和肥胖症等。因此，对人体整夜的睡眠呼吸进行居家监测与识别，不仅可以实现相关睡眠疾病的初筛和预警，还可以用于患者随访，观察睡眠障碍治疗的效果。

医学上使用多导睡眠仪(PSG)对人体整夜睡眠中的呼吸情况进行监测，包括呼吸率、呼吸事件等，医生依此对被测对象的相关睡眠呼吸疾病患病的严重程度进行诊断。然而，这一过程需要被测对象长时间佩戴专用设备，由专业人员进行操作，并且价格昂贵。因此，PSG目前局限于医疗诊断领域，不适用于居家环境中的初筛或长期的随访监测，不利于病情的长期管理。

当前，适用于居家环境下呼吸健康监测的解决方案主要分为接触式感知方案与非接触式感知方案。接触式感知方案通过人体佩戴的商用设备(如手环、胸带、腹带)实现对人体呼吸的监测。而基于非接触式感知的方案则采用多种无线信号(包括Wi-Fi、RFID、声波)来以非接触方式监控人体的呼吸率或呼吸事件。与前者相比，非接触式感知技术具有非侵扰、易部署的特点，它可以避免长期佩戴设备的不适感，也可以避免设备佩戴不规范带来的数据可用性问题。

然而，已有的非接触式睡眠呼吸监测工作都存在一定的缺陷。首先，已有大多数工作是在受控场景下进行，其性能对所处环境的变化十分敏感。其次，已有工作或采用正常人的数据，或采用模拟数据(例如通过刻意屏住呼吸来模拟呼吸暂停)。这些数据与真实患者的数据存在一定差距，真实的呼吸暂停综合征患者在整夜睡眠过程中，可能出现不同类型、不同时长的呼吸暂停事件，不同类型的暂停事件因各自生理特征的差异导致不同的呼吸波形表现。另外，虽然近期部分工作采用了真实患者的数据，但识别精度、准确率不高。因此，进行准确的整夜睡眠呼吸监测依旧是目前亟待解决的问题。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明提供一种基于IR-UWB雷达的非接触式睡眠呼吸监测方法及装置，将目前已商用的IR-UWB雷达包装成简单便携、随插随用的小型设备，利用其进行无接触、无干扰的人体整夜睡眠呼吸监测，可以在居家环境中进行快捷的部署与使用，提高了整夜呼吸频率计算的精度，以及能够获得更为准确的睡眠呼吸暂停低通气指数AHI数据。

本发明技术解决方案为：

一种基于IR-UWB雷达的非接触式睡眠呼吸监测方法，包括：

1)在床边部署IR-UWB雷达设备，通过该IR-UWB雷达设备发射电磁脉冲信号，并收集环境中物体的反射信号；