Methods for determining information signals reflected from biological objects when constructing medical radars

Abstract

 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.