МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ ІНФОРМАТИВНИХ СИГНАЛІВ, ВІДБИТИХ ВІД БІОЛОГІЧНИХ ОБ’ЄКТІВ, ПРИ ПОБУДОВІ МЕДИЧНИХ РАДАРІВ

  • ЖАННА МИКОЛАЇВНА ХОМЕНКО Державний університет «Житомирська Політехніка»
  • СЕРГІЙ МАКАРОВИЧ ЗЛЕПКО Вінницький національний технічний університет
Ключові слова: медичний радар, арктангенс-демодуляція, фазовий детектор, дихання, серцебиття

Анотація

 У статті розглядаються методи відновлення вихідної траєкторії руху грудної клітини людини при побудові медичних радарів з використанням двох квадратур, ліквідації постійної складової та використанню арктангенс-демодуляції. Запропоновано методи обробки та розрахунки отриманих сигналів. Незважаючи на ряд публікацій, що стосуються використання різних полів та типів радарів для дослідження тканин людини, існує значна невизначеність щодо того, що ж насправді вимірюється, та які частоти щонайкраще підходять для моніторингу серцебиття та дихання. Більшість експериментів, що описуються, були проведені в контрольованих лабораторних умовах. Таким чином, можливість реальної реалізації радіолокаційного моніторингу життєво важливих параметрів поки залишається неясним, тому актуальною біоінженерною проблемою є дослідження та розробка радіолокаційних методів дистанційного зондування малих переміщень біологічних структур, зокрема дихання та скорочень серцевого м’яза. Особливістю біорадіолокації є те, що спостережувані об’єкти (серце та грудна клітина людини), як правило, виконують не прямолінійний, а зворотно-поступальний рух Одержання адекватних результатів моніторингу ускладнюється тим, що спостереження виконується на фоні відбиття радіолокаційного сигналу від нерухомих об’єктів навколо. При наявності безлічі місцевих об’єктів в приймач радара попадають відбиття зондуючого сигналу від них, що інтерферують та не дозволяють ідентифікувати положення цих об’єктів у просторі. Результати проведених експериментів показують, що використання одноквадратурної схеми реєстрації отриманого сигналу не дозволяє відокремити картину серцевої діяльності від зворотно-поступального руху грудної клітини, амплітуда якого значно перевищує амплітуду серцебиття. У статті запропоновано аналітичний метод відновлення траєкторії руху об’єкта за двома квадратурами фазового приймача, що працює в умовах безлічі місцевих об’єктів. Об’єднання двох квадратур фазового приймача радара, з їх попереднім диференціюванням і подальшою арктангенс-демодуляцією, дозволяє отримати дійсну траєкторію руху цілі, необхідну для подальшого аналізу частоти та характеру цього руху. Таким чином, використання радіолокаторів може бути корисним при неконтактному моніторингу серцево-легеневої активності та дозволить проводити скрінінгові обстеження населення з метою виявлення розладів.

Біографії авторів

ЖАННА МИКОЛАЇВНА ХОМЕНКО, Державний університет «Житомирська Політехніка»

ст. викладач кафедри Біомедичної інженерії та телекомунікацій

СЕРГІЙ МАКАРОВИЧ ЗЛЕПКО, Вінницький національний технічний університет

д.т.н., професор, завідувач кафедри біомедичної інженерії

Посилання

1. Kazamias T.M., Gander M.P., Ross J.Jr., Braunwald E. Detection of left-ventricular-wall motion disorders in coronary-artery disease by radarkymography. N Engl J Med. – 1971. – №285(2). – pp.63-71.
2. Susskind C. Possible use of microwaves in management of lung disease (Proc. IEEE, vol. 61). 1973, pp. 673-674.
3. Способ мониторинга функционального состояния человека: а.с. 2258455 РФ / В.А. Годунов, Д.А. Третьяков, Б.Б. Некрасов, А.В. Бандурин заявл. 05.11.03; опубл. 20.08.05.Бюлл.№23. 4. Способ оценки психофизиологического состояния пациента и устройство для доплеровскои локации: а.с. 2071718 РФ / В.А. Федоров заявл. 18.02.94; опубл. 20.01.97. 5. Способ регистрации артериального пульса и частоты дыхания и устройство для доплеровской локации: а.с. 2000080 РФ / В.А. Федоров, Л.А. Крохин заявл.09.01.92;опубл.07.09.93. 6. Apparatus for and method of biotic sleep state determining: i.e. 20080027331 US/ T. Suzuki, K. Kameyama, K. Ouchi appl.02.10.07;pub.31.01.08. 7. Apparatus for detection of heart activity: i.e. 2007010460 WO/ J. A. Thijs, R.B. Elfring, T.J. Muehls, O. Such appl. 14.07.06; pub.25.01.07. 8. Immoreev I, Tao T.H. UWB radar for patient monitoring. IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine. – 2008. – №11. – pp. 11-18. 9. Lin J., Li C. Wireless non-contact detection of heartbeat and respiration using low-power microwave radar sensor (Proceedings of the 19th Asia Pacific Microwave Conference, Vol. 1). Bangkok, Thailand, 2007, pp. 393-396. 10. Immoreev I, Ivashov S. Remote monitoring of human cardio-respiratory system parameters by radar and its applications (Proceedings of Ultrawideband and Ultrashort Impulse Signals Conference). Sevastopol, Ukraine, 2008, pp. 34-38. 11. Хоменко Ж.М. Особливості радіолокаційного виявлення цілей, що роблять зворотно-поступальний рух. Вісник ЖДТУ. Технічні науки. – 2011. – № 2 (57). – с. 114-119. 12. Immoreev I.J., Samkov S.V., Ultra wideband (UWB) radar for the remote measuring of main parameters of patient's vital activity. Radio Physics and Radio Astronomy (Ukraine). – 2002. – v.7. – №4. – pp. 404-407. 13. Boric-Lubecke O. Arctangent demodulation with DC offset compensation in quadrature doppler radar receiver systems. IEEE Transactions on Microwave Theory and Techniques. – 2007. – v.55. – №5. – pp. 1073-1079. 14. Greneker E.F. Radar Sensing of Heartbeat and Respiration at a Distance with Application at the Technology. IEE Conference RADAR-97, 14-16 October 1997, Conf. Publication Number 449, P 150-154
Опубліковано
2019-11-18
Як цитувати
Розділ
Біомедичні оптико-електронні системи та прилади

Найчитабильні статті цього ж автора(ів)