Способ дистанционного контроля движения поверхности объекта

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для дистанционного контроля движения поверхности объекта. Осуществляют генерирование электромагнитного СВЧ-сигнала и его излучение. Принимают интерференционный сигнал, являющийся суммой падающего и отраженного электромагнитного излучения. Определяют форму движения поверхности исследуемого объекта. Сгенерированный СВЧ-сигнал разделяют на два канала. В одном из каналов изменяют фазу относительно другого канала на π/2. Излучают сгенерированный СВЧ–сигнал поочередно из каждого канала. Для каждого канала записывают принятый интерференционный сигнал и представляют в виде и , где t - время, θ - начальная фаза сигнала, λ - длина волны излучаемого электромагнитного СВЧ-сигнала, f(t) – функция, описывающая движение поверхности исследуемого объекта. Полученные сигналы интерполируют, очищают от шумов, составляют дифференциальное уравнение где и производные по времени от сигналов в первом и втором каналах. Решают составленное дифференциальное уравнение относительно , где - полная фаза, и определяют форму движения поверхности объекта Способ обеспечивает бесконтактное определение параметров движения выбранного участка организма. 7 ил.

 

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для дистанционного контроля параметров жизнедеятельности организма.

Известен способ определения формы пульсовой волны по сигналу полупроводникового лазерного автодина (см. Письма в ЖТФ, 2013, том 39, вып.5, с. 82-87). В способе облучают объект (артерию) излучением полупроводникового лазерного автодина. Принимают интерференционный сигнал, являющийся суммой падающего и отраженного излучения, и определяют форму пульсовых волн.

Однако данный способ имеет недостаток, связанный с необходимостью очень точного наведения излучения на объект, обусловленный высокой чувствительностью лазерного автодина. Для его использования необходима точная фиксация положения объекта. При превышении амплитуды колебания значения ~ 500 мкм возникает проблема динамического диапазона для лазерного автодинного генератора из-за существенных изменений величины уровня обратной связи, в результате чего наблюдаются специфические искажения автодинных сигналов.

Известен способ дистанционного определения параметров дыхания и сердцебиения (см. патент РФ на изобретение №2392853, МПК A61B5/02), включающий формирование периодической последовательности сверхвысокочастотных (СВЧ) радиоимпульсов определенной длительности, одни из которых сдвинуты по фазе на 90° относительно других.

Однако данный способ требует очень точной подстройки из-за последовательного испускания и приема радиоимпульсов, получаемый СВЧ-сигнал имеет высокочастотную составляющую, применяется стандартная методика СВЧ демодуляции сигнала, необходимо применять фильтр низких частот (ФНЧ). Также согласно данному патенту необходимо проводить работу с сигналом в аналоговом виде, в результате чего имеются амплитудные ограничения по определению сигнала.

Наиболее близким к заявляемому является способ дистанционного контроля параметров сердечной деятельности организма (см. патент РФ на изобретение №2559940, МПК A61B5/02). В способе облучают объект (артерию) излучением полупроводникового СВЧ-автодина, принимают интерференционный сигнал, являющийся суммой падающего и отраженного электромагнитного излучения. Определяют искомые параметры жизнедеятельности организма. Излучаемый электромагнитный СВЧ-сигнал направляют на область расположения плечевой артерии. Используют функцию, такую, что ее спектр с точностью до постоянного множителя соответствует спектру функции движения плечевой артерии. Функцию подвергают вейвлет-преобразованию, по найденным коэффициентам разложения вейвлет-преобразования восстанавливают форму движения плечевой артерии.

Однако данный способ имеет неоднозначности при восстановлении формы движения отражателя с амплитудой, большей четверти длины волны сигнала. В случае если начальная фаза не кратна π/2, этот предел ещё меньше.

Вышеуказанные способы не позволяют однозначным образом определить функцию движения при её произвольных параметрах, например, при непериодическом движении, периодическом движении с произвольными амплитудами, при различных начальных положениях.

Техническая проблема заключается в бесконтактном определении параметров движения выбранного участка организма.

Технический результат заключается в последовательном излучении и приеме отраженного от объекта электромагнитного СВЧ-сигнала по двум каналам, отличающимся электрической длиной, обеспечивающей сдвиг фаз интерференционных сигналов на π/2.

Указанная техническая проблема решается тем, что в способе дистанционного контроля движения поверхности объекта, включающем генерирование электромагнитного СВЧ сигнала, излучение сгенерированного СВЧ-сигнала, прием интерференционного сигнала, являющегося суммой падающего и отраженного электромагнитного излучения, определение формы движения поверхности исследуемого объекта, согласно решению сгенерированный СВЧ-сигнал разделяют на два канала, в одном из каналов изменяют фазу относительно другого канала на π/2, излучают сгенерированный СВЧ–сигнал поочередно из каждого канала, для каждого канала записывают принятый интерференционный сигнал и представляют в виде и , где t - время, θ - начальная фаза сигнала, λ - длина волны излучаемого электромагнитного СВЧ-сигнала, f(t) – функция, описывающая движение поверхности исследуемого объекта, полученные сигналы интерполируют, очищают от шумов, составляют дифференциальное уравнениегде и производные по времени от сигналов в первом и втором каналах, решают составленное дифференциальное уравнение относительно , где - полная фаза, и определяют форму движения объекта

Изобретение поясняется чертежами.

На фиг. 1 приведена блок-схема радиоволнового автодина на диоде Ганна, позволяющего реализовать заявляемый способ.

На фиг. 2 представлена блок-схема математической обработки записанных сигналов и выделения закона движения отражателя.

На фиг 3 представлен модельный СВЧ–сигнал A(t) с нормированной амплитудой.

На фиг. 4 представлен модельный СВЧ–сигнал B(t) с нормированной амплитудой.

На фиг. 5 представлена модельно восстановленная форма движения отражателя.

На фиг. 6 представлена экспериментально восстановленная форма движения отражателя.

На фиг. 7 представлена экспериментально восстановленная форма движения грудной клетки человека при частом дыхании.

Позициями на чертежах обозначены:

1 – блок управления и обработки сигналов;

2 – аналого-цифровой преобразователь (АЦП);

3 – автодинный генератор;

4 – делитель;

5 – pin-аттенюатор;

6 – регулируемый фазовращатель;

7 – рупорная антенна.

Способ реализуется следующим образом.

Автодинный генератор 3 генерирует СВЧ-сигнал. С помощью направленного делителя 4 сгенерированный СВЧ-сигнал разделяют на два канала. В одном из каналов изменяют фазу относительно другого канала на π/2 фазовращателем 6. Pin- аттенюаторы 5 обеспечивают поочередное открытие и закрытие каналов с частотой как минимум на порядок меньше частоты дискретизации АЦП и как минимум на порядок больше частоты движения объекта. Сгенерированный СВЧ–сигнал с каждого канала через делитель 4 подводят к рупорной антенне 7, распространяют в пространстве. Отраженное излучение принимают через ту же рупорную антенну 7 и когерентно складывают с излученным электромагнитным сигналом. Суммарный сигнал выбирают в качестве информативного сигнала. Результат сложения – информативный сигнал – детектируют с помощью автодинного генератора 3 и подают на АЦП 2. Отраженное излучение имеет малый уровень мощности (ослабление более 16 дБ для данного генератора). Информативный сигнал становится аналогичен интерференционному. В тот момент, когда открывается один канал, осуществляют запись информативного сигнала в один файл, когда он закрывается и открывается другой, то – в другой файл, тем самым с помощью одного аналого-цифрового преобразователя (АЦП) 2 регистрируют два информативных сигнала.

Информативный сигнал в первом и втором каналах представляют в виде и , где t - время, θ - начальная фаза сигнала, λ - длина волны излучаемого электромагнитного СВЧ-сигнала, f(t) – функция, описывающая движение поверхности исследуемого объекта. Полученные сигналы интерполируют, очищают от шумов.

Составляют дифференциальное уравнение

где и производные по времени от сигналов в первом и втором каналах. Решают составленное дифференциальное уравнение относительно , где - полная фаза, и определяют форму движения объекта

Теоретическое обоснование способа.

Способ заключается в последовательном облучении объекта и приеме отраженного от него электромагнитного СВЧ-сигнала по двум каналам, отличающимся только электрической длиной, обеспечивающей сдвиг фаз интерференционных сигналов на π/2. Конструктивно измерительный прибор, реализующий способ, состоит из автодинного генератора 3, подключенного к источнику питания, генерирующего СВЧ-сигнал, который с помощью 3х дБ направленного делителя (ответвителя) 4 распараллеливают на 2 канала, в одном из которых фаза сдвигалась относительно другого на π/2 c помощью фазовращателя 6. Сгенерированный СВЧ-сигнал с каждого канала через 3х дБ делитель 4 подводят к рупорной антенне 7, распространяют в пространстве и после отражения от объекта возвращают в установку и детектируют автодинным генератором 3. Блок управления и обработки сигналов (Elvis Traditional) 1 выполняет роль цифроаналогового преобразователя (ЦАП) при подаче управляющего напряжения на pin- аттенюаторы 5, что обеспечивает равные уровни мощности в обоих каналах и поочередное открытие и закрытие каналов с частотой 500 Гц. При выделении формы колебания отражателя с низкими частотами обеспечивает необходимое разрешение для одновременной записи сигнала с обоих каналов, которую также осуществляют с помощью блока Elvis Traditional 1, выступающего в роли АЦП 2. В тот момент, когда открывается один канал, запись сигнала производят в один файл, когда он закрывается и открывается другой, то – в другой файл, тем самым с помощью одного АЦП регистрируют два сигнала. Блок-схема представлена на фиг. 1.

Блок-схема математической обработки записанных сигналов и выделения закона движения отражателя представлена на фиг. 2.

Интерференционный сигнал в первом и втором каналах представляют в виде и , соответственно, где t - время, θ - начальная фаза сигнала, λ - длина волны излучаемого электромагнитного СВЧ-сигнала, f(t) – функция, описывающая движение поверхности объекта. Полученные сигналы интерполируют, очищают от шумов.

По измеренным значениям интерференционных сигналов определяют полную фазу сигнала

.

В силу того, что функцию arctg вычисляют в пределах (-π/2, π/2), значения фазы не могут быть определены однозначно за этими пределами и будут испытывать скачки, поэтому продифференцировав полную фазу Ф(t), получают мгновенную частоту

где и производные по времени от сигналов в первом и втором каналах, соответственно, рассчитанные численным методом вычисления конечных разностей.

Полная фаза Ф(t) может быть определена через решение дифференциального уравнения численными методами, например, методом Эйлера.

Таким образом, функция, описывающая закон движения поверхности объекта, определяется как

При использовании данного способа в результате последовательного дифференцирования и решения дифференциального уравнения нет необходимости учитывать начальную фазу сигнала

Спектральный анализ полученной функции и исследование ее частотных составляющих позволяют сделать выводы о различных параметрах жизнедеятельности организма, например об амплитуде и частоте дыхательных движений и сердцебиении.

По вышеизложенному способу проводят модельное восстановление формы движения отражателя, который совершал колебания по закону , где t - время. Вид модельных интерференционных сигналов с нормированной амплитудой A(t) и B(t) представлен на фиг. 3, 4, соответственно. Результаты представлены на фиг. 5, где сплошной линией обозначена реальная форма движения отражателя, пунктиром - восстановленная форма движения отражателя. Также проводилось экспериментальное восстановление формы движения отражателя, совершающего гармонические колебания с частотой 1,66 Гц и амплитудой 3 см, при этом амплитуда заведомо больше длины волны сигнала, которая для данного автодинного генератора составляет 26 мм. Восстановленная форма движения представлена на фиг. 6. Частота и амплитуда соответствуют заданным значениям. Также проводилось восстановление формы движения грудной клетки человека при частом дыхании. Восстановленная форма представлена на фиг. 7.

Способ дистанционного контроля движения поверхности объекта, включающий генерирование электромагнитного СВЧ-сигнала, излучение сгенерированного СВЧ-сигнала, прием интерференционного сигнала, являющегося суммой падающего и отраженного электромагнитного излучения, определение формы движения поверхности исследуемого объекта, отличающийся тем, что сгенерированный СВЧ-сигнал разделяют на два канала, в одном из каналов изменяют фазу относительно другого канала на π/2, излучают сгенерированный СВЧ–сигнал поочередно из каждого канала, для каждого канала записывают принятый интерференционный сигнал и представляют в виде и , где t - время, θ - начальная фаза сигнала, λ - длина волны излучаемого электромагнитного СВЧ-сигнала, f(t) – функция, описывающая движение поверхности исследуемого объекта, полученные сигналы интерполируют, очищают от шумов, составляют дифференциальное уравнение где и производные по времени от сигналов в первом и втором каналах, решают составленное дифференциальное уравнение относительно , где - полная фаза, и определяют форму движения поверхности объекта



 

Похожие патенты:

Изобретения относятся к медицине. Способ мониторинга для мониторинга физиологического сигнала осуществляют с помощью устройства мониторинга физиологического сигнала.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к измерению показателей жизнедеятельности, таких как частота дыхательных движений или частота сердечных сокращений.

Изобретения относятся к медицинской технике, а именно к средствам отслеживания перемещения и ориентации. Устройство для отслеживания перемещения и ориентации субъекта содержит блок формирования изображений, удерживающее средство для удерживания блока формирования изображений, причем удерживающее средство содержит держатель для размещения блока формирования изображений на субъекте таким образом, что блок формирования изображений обращен от субъекта, устройство также содержит блок обработки для обнаружения перемещения и ориентации субъекта.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам мониторинга движений и дыхания двух или более субъектов, занимающих общую постель. Способ мониторинга движений содержит этапы формирования изображения постели посредством оптического датчика, осуществления оценки движений посредством получения векторов движения, отражающих локальное смещение соответствующих блоков изображения между последовательными изображениями или изображениями, отстоящими на несколько кадров, которые принимают от оптического датчика, вычисления кластеров движений посредством измерения пространственных и временных корреляций векторов движения, сегментирования вычисляемых кластеров движений посредством присвоения каждого кластера движений соответствующему субъекту, основанное на пространственном и/или временном сходстве кластеров движений между собой и на предыдущих результатах сегментации.

Группа изобретений относится к медицинской технике, а именно к средствам идентификации дыхательных сигналов в контексте компьютерной томографии. Способ идентификации фаз движения из сигнала нерегулярного циклического движения содержит этапы, на которых получают сигнал движения из монитора движения, включающий в себя множество циклов, и формируют соответствие, которое устанавливает соответствие фазы движения сигналу движения на основании и амплитуды и наклона сигнала движения.

Изобретение относится к медицинской технике, а именно к средствам мониторинга физиологических данных. Способ содержит этапы, на которых располагают, по меньшей мере, два датчика ускорения на заранее определенных местоположениях на теле таким образом, что изменение угла, индуцированное сигналами жизнедеятельности организма, отличается, по меньшей мере, между двумя упомянутыми датчиками ускорения, используют датчики ускорения для измерения вектора ускорения и получают сигналы жизнедеятельности организма.

Группа изобретений относится к медицине. Способ определения дыхания и/или сердечной деятельности человека реализуют устройством определения движения.

Изобретение относится средствам для бесконтактного мониторинга дыхания пациента. Способ обнаружения изменения от выдоха до вдоха пациента или наоборот включающий этапы излучения электромагнитного сигнала в сторону пациента и приема отраженного от пациента сигнала, преобразования отраженного сигнала с получением первого сигнала, сдвига по фазе отраженного электромагнитного сигнала и преобразования его с получением второго сигнала, обнаружение с помощью вычислительного блока одновременных первых переходов через ноль во временной производной первого сигнала и во временной производной второго сигнала, одновременных вторых переходов через ноль во временной производной первого сигнала и во временной производной второго сигнала, и одновременных третьих переходов через ноль во временной производной первого сигнала и во временной производной второго сигнала, определения первого и второго векторов и вычисления их скалярного произведения в качестве индикаторного значения для изменения от выдоха до вдоха пациента или наоборот, сравнения индикаторного значения с предварительно определенным пороговым значением и указания изменения от выдоха до вдоха пациента или наоборот, если индикаторное значение является меньшим, чем пороговое значение.

Группа изобретений относится к медицине. Респираторный монитор содержит первый датчик, выполненный с возможностью генерирования сигнала мониторинга респираторно-связанных движений, указывающего на респираторно-связанные движения; второй датчик, выполненный с возможностью генерирования сигнала мониторинга шумов, указывающего на респираторно-связанные шумы; а также синтезатор сигналов, выполненный с возможностью синтеза сигнала респираторного монитора на основе сигнала мониторинга респираторно-связанных движений и сигнала мониторинга респираторно-связанных шумов.

Изобретение относится к медицине. Портативное устройство для бесконтактной выборочной проверки жизненных показателей пациента содержит: датчик расстояния для последовательного обнаружения изменений расстояния во времени относительно грудной клетки пациента, калькулятор частоты дыхания для определения дыхательной активности на основе обнаруженных изменений расстояния во времени.

Изобретение относится к медицинской технике. Медицинская система для обнаружения аритмических событий содержит PPG-датчик, размещенный на пациенте или внутри него, с возможностью передачи PPG-сигнала в процессор.

Изобретение относится к медицине, а именно к травматологии, ортопедии и неврологии, и может быть использовано при выявлении асимметрий движений. Для этого на запястья рук и нижние конечности испытуемого крепят различные беспроводные датчики измерения проекции ускорения и углов ориентации тела.

Группа изобретений относится к медицине. Способ съема данных электрокардиограммы (ЭКГ) с водителя транспортного средства осуществляют с помощью устройства обработки данных (11) для получения данных ЭКГ.

Изобретение относится к медицине, в частности к инструментальной функциональной диагностике, и может быть использовано для бесконтактного измерения биологических ритмов, сопровождающихся механическими перемещениями поверхности тела человека.

Изобретение относится к судебной медицине и может быть использовано для определения возраста неопознанного детского трупа по фрагментам шеи ребенка по изолированному щитовидному хрящу гортани.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для определения риска рецидива хронического обструктивного заболевания легких. Группа изобретений состоит из системы, машиночитаемого носителя информации и способа мониторинга здоровья.

Группа изобретений относится к медицине и может быть использована для определения риска рецидива хронического обструктивного заболевания легких. Группа изобретений состоит из системы, машиночитаемого носителя информации и способа мониторинга здоровья.

Изобретение относится к способам непрерывного контроля функционального состояния и функциональной диагностики. Способ включает использование биометрического детектора в виде наручных часов или браслета, данные с которого используют для буферизации значений интервалов между соседними ударами сердца в течение заданного временного окна, а также для создания гистограммы распределения этих интервалов и вычисления уровня стресса, основанного на вариабельности сердечного ритма.
Изобретение относится к области медицины, а именно к судебной медицине. Для определения предполагаемого возраста трупа взрослого человека определяют наличие остеофитов на лопатках трупа и обызвествление верхней поперечной связки лопаток.
Изобретение относится к восстановительной медицине, мануальной терапии, остеопатии, массажу, может быть использовано для лечения и профилактики болевых симптомов, вызванных нарушениями тонуса мышц, и в комплексе оздоровления организма человека.

Изобретение относится к области медицинской техники и может быть использовано для дистанционного контроля движения поверхности объекта. Осуществляют генерирование электромагнитного СВЧ-сигнала и его излучение. Принимают интерференционный сигнал, являющийся суммой падающего и отраженного электромагнитного излучения. Определяют форму движения поверхности исследуемого объекта. Сгенерированный СВЧ-сигнал разделяют на два канала. В одном из каналов изменяют фазу относительно другого канала на π2. Излучают сгенерированный СВЧ–сигнал поочередно из каждого канала. Для каждого канала записывают принятый интерференционный сигнал и представляют в виде и, где t - время, θ - начальная фаза сигнала, λ - длина волны излучаемого электромагнитного СВЧ-сигнала, f – функция, описывающая движение поверхности исследуемого объекта. Полученные сигналы интерполируют, очищают от шумов, составляют дифференциальное уравнение где и производные по времени от сигналов в первом и втором каналах. Решают составленное дифференциальное уравнение относительно, где - полная фаза, и определяют форму движения поверхности объекта Способ обеспечивает бесконтактное определение параметров движения выбранного участка организма. 7 ил.

Наверх