一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测系统及方法与流程

本发明涉及毫米波雷达和盆底肌运动检测领域，具体为一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测系统及方法。

背景技术：

1、毫米波雷达是一种可以根据发射信号和回波信号的频率差、相位差来获取目标信息的一种雷达机制；该雷达能够将获取的雷达信号划分为多个角度、距离尺度从而可以捕获的信息具有更多细节，而且还具有短波长、频带宽、分辨率高、天线波束窄、穿透能力和抗干扰能力强等特点；毫米波雷达兼具调频连续波与毫米波集成技术的优势，这进一步缩小了毫米波的体积，毫米波的波长也有利于监测小幅度的震动，从而准确第监测生理特征。

2、盆底肌是指封闭骨盆底的肌肉群，现有的评测盆底肌健康状态通常是通过接触式的电极片贴在阴道内壁来检测收缩压力以检测盆底肌肌肉活力，该方式给患者带来了极大的不适性，进而导致了盆底肌训练效率低下。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测系统及方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测方法，方法包括：

3、步骤s100:基于毫米波雷达系统检测盆底肌运动对应的同向正交信号；

4、步骤s200：对同向正交信号进行直流偏移的评估和校准；

5、步骤s300：对去除直流信号后的同向正交信号进行解调与提取，得到混合信号，并对混合信号进行分离得到盆底肌运动信号；

6、步骤s400：对盆底肌运动信号进行处理，得到盆底肌运动的具体模式；具体模式包括收缩、舒张和其他运动状态。

7、进一步的，步骤s100包括：

8、步骤s101：将毫米波雷达架设于受试者盆底肌下方，采集混合运动信号；混合运动信号包括盆底肌运动信号、呼吸信号、运动伪影和其他杂波干扰等对应的原始chirp信号；将混合运动信号进行记录汇集，得到chirp信号集合x＝{chirp1，chirp2，...，chirpn}，其中，chirp1，chirp2，...，chripn分别表示混合运动信号中有杂波干扰等对应的第1,2,...,n个原始chirp信号；

9、步骤s102：对chirp信号集合x做一维fft，得到原始chirp信号在时间轴对应的距离信息，将得到的时间轴对应的距离信息进行记录汇集，得到集合timerangemap＝{fftcip1,fftcip2,...,fftcipn}；其中，fftcip1,fftcip2,...,fftcipn分别表示对chirp1，chhirp2，...，chripn进行一维fft得到时间-距离图；

10、步骤s103：对集合timerangemap进行距离门的选取，得到目标所在的距离门的运动状态信息；运动状态信息为原始chirp信号对应的同向正交信号。

11、进一步的，步骤s200包括：

12、步骤s201：同向正交信号包括i(t)信号和q(t)信号，其中，i(t)为快速傅里叶变换之后最优距离门的实部信号，即同相分量；q(t)为快速傅里叶变换之后最优距离门的虚部信号，即正交分量；

13、最优距离门选取方法：对雷达信号沿快时间维进行快速傅里叶变换，再沿慢时间维进行快速傅里叶变换，得到距离多普勒谱。取距离多普勒谱的幅度最大值，该值所在的快时间维度下标即为最优距离门；

14、i(t)信号和q(t)信号可表示为：

15、

16、

17、其中，θ是电磁信号传播距离引起的相位移动，是残余的相位噪声，x(t)是盆底肌的运动信号，λ为雷达载波的波长，dci为i(t)信号对应的直流信号；dcq为q(t)信号对应的直流信号；

18、步骤s202：建立圆拟合模型f，通过求解该模型f得到i(t)信号和q(t)信号数据点对应的圆心和半径r，将圆心和半径代入i(t)信号和q(t)信号，得到去除直流后的i(t)基带信号和q(t)基带信号：

19、

20、

21、其中，θ是电磁信号传播距离引起的相位移动，是残余的相位噪声，x(t)是盆底肌的运动信号，λ为雷达载波的波长。

22、进一步的，步骤s300包括：

23、步骤s301：利用反正切解调将i(t)信号和q(t)信号进行相位提取，得到混合运动信号x(t)；

24、步骤s302：混合运动信号x(t)被调制在基带i(t)信号和基带q(t)信号相位中；对基带i(t)信号和基带q(t)信号进行正交解调，提取基带i(t)信号和基带q(t)信号的相位信息；正交解调过程包括构建基带i(t)信号和基带q(t)信号相位函数的正切相位调制信号：

25、

26、步骤s303：计算基带i(t)信号和基带q(t)信号中的相位φ(t)：

27、

28、其中，φ为与雷达和人体盆底肌距离相关的数值；

29、步骤s304：对混合运动信号x(t)进行信号分离，分离过程包括预设个数的模态分量{imf1,imf2,...,imfk}；其中，imf1,imf2,...,imfk为预设的第11，2，...，k个模态分量；根据盆底肌的运动频率，对筛选出来的符合盆底肌运动频率范围内模态分量进行累加，得到盆底肌运动信号y(t)。

30、进一步的，步骤s400包括：

31、步骤s401：通过对盆底肌运动信号y(t)进行边缘检测，获取盆底肌运动信号y(t)的边缘检测信息；边缘检测信息包括通过定位得出盆底肌运动的上升沿和下降沿；上升沿对应盆底肌从放松到收缩的变化状态；下降沿对应盆底肌从收缩到放松的变化状态；当检测出盆底肌出现不规则运动状态时，判定盆底肌运动收到干扰，边缘检测失败；

32、步骤s402：根据边缘检测信息，对盆底肌的运动次数和盆底肌各运动持续的时长进行判断；将盆底肌运动状态和盆底肌运动状态结果进行实时显示。

33、为更好的实现上述方法还提一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测系统，盆底肌运动检测系统包括同向正交获取模块、直流校正模块、信号获取模块、盆底肌运动模式检测模块；

34、正交获取模块，用于对基于毫米波雷达系统对盆底肌运动的同向正交信号进行检测；

35、直流校正模块，用于对同向正交信号进行直流偏移的评估和校准；

36、信号获取模块，用于对去除直流信号后的同向正交信号进行解调与提取，得到混合信号，并对混合信号进行分离得到盆底肌运动信号；

37、盆底肌运动模式检测模块，用于对盆底肌运动信号进行处理，得到盆底肌运动的具体模式；具体模式包括收缩、舒张和其他运动状态。

38、进一步的，正交获取模块包括信号获取单元、时间距离图获取单元、距离门选择单元；

39、信号获取单元，用于对毫米波雷达架设于受试者盆底肌下方，采集混合运动信号；混合运动信号包括盆底肌运动信号、呼吸信号、运动伪影和其他杂波干扰等对应的原始chirp信号；

40、时间距离图获取单元，用于对chirp信号集合x做一维fft，得到原始chirp信号在时间轴对应的距离信息，将得到的时间轴对应的距离信息进行记录汇集，得到集合timerangemap；

41、距离门选择单元，用于对集合timerangemap进行距离门的选取，得到目标所在的距离门的运动状态信息；运动状态信息为原始chirp信号对应的同向正交信号；同向正交信号包括i(t)信号和q(t)信号。

42、进一步的，直流校正模块包括直流偏置获取单元、直流偏移消除单元；

43、直流偏置获取单元，用于对i(t)信号和q(t)信号进行直流偏置估计；

44、直流偏移消除单元，用于对实际获得的i(t)信号和q(t)信号进行直流偏移消除。

45、进一步的，信号获取模块包括信号解调单元、盆底肌运动信号获取单元；

46、信号解调单元，用于利用反正切解调将i(t)信号和q(t)信号进行相位提取得到对应的混合运动信号x(t)；

47、盆底肌运动信号获取单元，用于对信号解调单元获取的混合运动信号x(t)进行信号分离得到所需的盆底肌运动信号y(t)。

48、进一步的，盆底肌运动模式检测模块包括盆底肌运动状态检测单元、盆底肌运动状态统计及显示单元；

49、盆底肌运动状态检测单元，用于对盆底肌运动信号y(t)进行边缘检测，获取盆底肌运动信号y(t)的边缘检测信息；

50、盆底肌运动状态统计及显示单元，用于对盆底肌运动信号进行处理，得到盆底肌运动的具体模式；具体模式包括收缩、舒张和其他运动状态。

51、与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明在对盆底肌的探测上首次将毫米波雷达应用于人体的盆底肌群的探测；传统对盆底肌健康状态的判断主要是通过接触式的电极片贴在阴道内壁来检测收缩压力以检测盆底肌肌肉活力，本发明采用毫米波雷达这种非接触式的探测方法来探测人体的盆底肌群，减轻了患者在检测过程中的不适度，提高了盆底肌训练的效率，在探测内容上也首次将毫米波回波信息预备人体盆底肌群收缩能力对应，使检测结果更加准确。

技术特征：

1.一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测方法，其特征在于，所述方法包括：

2.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测方法，其特征在于，所述步骤s100包括：

3.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测方法，其特征在于，所述步骤s200包括：

4.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测方法，其特征在于，所述步骤s300包括：

5.根据权利要求1所述的一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测方法，其特征在于，所述步骤s400包括：

6.一种应用于权利要求1-5中任意一项所述的基于毫米波雷达的盆底肌运动检测方法的盆底肌运动检测系统，其特征在于，所述盆底肌运动检测系统包括同向正交获取模块、直流校正模块、信号获取模块、盆底肌运动模式检测模块；

7.根据权利要求6所述的盆底肌运动检测系统，其特征在于，所述正交获取模块包括信号获取单元、时间距离图获取单元、距离门选择单元；

8.根据权利要求6所述的盆底肌运动检测系统，其特征在于，所述直流校正模块包括直流偏置获取单元、直流偏移消除单元；

9.根据权利要求6所述的所述的盆底肌运动检测系统，其特征在于，所述信号获取模块包括信号解调单元、盆底肌运动信号获取单元；

10.根据权利要求6所述的所述的盆底肌运动检测系统，其特征在于，所述盆底肌运动模式检测模块包括盆底肌运动状态检测单元、盆底肌运动状态统计及显示单元；

技术总结
本发明涉及毫米波雷达和盆底肌运动检测领域，具体为一种基于毫米波雷达的盆底肌运动检测系统及方法，包括基于毫米波雷达系统检测盆底肌运动对应的同向正交信号，将毫米波雷达架设于受试者盆底肌下方，采集混合运动信号；对同向正交信号进行直流偏移的评估和校准；对去除直流信号后的同向正交信号进行解调与提取，得到混合信号，并对混合信号进行分离得到盆底肌运动信号；对盆底肌运动信号进行处理，得到盆底肌运动的具体模式；具体模式包括收缩、舒张和其他运动状态；根据边缘检测信息，对盆底肌的运动次数和盆底肌各运动持续的时长进行判断；将盆底肌运动状态和盆底肌运动状态结果进行实时显示。

技术研发人员：马掌印,吕志伟,毕正扬,李苗
受保护的技术使用者：南京麦澜德医疗科技股份有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/9/23