本發明專利技術公開了一種用于計算機操作者健康的監測裝置及方法，其中裝置包括向計算機操作人員非接觸輻射窄脈沖信號的微功率生物雷達前端，對計算機操作者胸壁反射的呼吸或心跳的回波信號經可變延遲及相關檢測輸出至USB采集卡，其輸出接入計算機中的用于結果顯示和控制的數據處理模塊。計算機操作者健康監測方法是通過非接觸檢測操作者的呼吸信號和心跳信號，采用可變延遲線、自適應濾波、自相關分析和功率譜估計等處理，能夠有效地抑制檢測者的其他運動干擾，準確地監測計算機操作者的呼吸率或心率，并與預設的閾值比較進行報警提示或自動關閉計算機，強制讓計算機操作者休息。
【技術實現步驟摘要】
本專利技術涉及一種人體健康的監測裝置及方法，特別涉及一種通過非接觸檢測呼吸率或心率來監測計算機操作者健康的裝置及方法。
技術介紹
隨著科技水平的提高，現代辦公室綜合癥，特別是“高科技病”漸漸成為現代職業病。計算機可以說是本世紀最偉大的專利技術之一，有了它，人們工作、生活、學習的方式都出現了劃時代的改變，隨著網絡與電腦的普及，人們對于電腦的依賴越來越強，許多人終日在電腦前伏案工作，沉迷于無限溝通的互聯網世界。但是它給人們帶來種種方便的同時，也隨之帶來了煩惱，人們或多或少地擔心長期從事電腦工作會對身體健康產生許多不良影響。專家認為，人們的擔心并非多慮，據調查，常用計算機的人中感到眼睛疲勞的占83%，肩酸腰痛的占63. 9%，頭痛和食欲不振的則占56. 1%和54. 4%，其他還出現自律神經失調、憂郁癥、動脈硬化性精神病等等。關于計算機操作者的健康監測技術，由于它對預防電腦病方面的發展前景而受到各國高度的重視，研究人員根據操作者生理信號的變化特征進行了多方面的研究。計算機操作者的健康監測方法可大致分為(I)基于可穿戴技術的生理信號監測方法；(2)基于視頻技術的生理信號監測方法。上述方法中，可穿戴技術是將生理信號檢測技術和人們日常穿戴的衣物相融合， 使其在自然狀態下實現生理信號的獲取和無創監測，可以獲取的生理信號主要包括腦心電 (ECG)、呼吸、體溫、血壓等。該方法對計算機操作者健康狀態的判斷準確性較高，但檢測過程中需要穿戴植入多種傳感器的衣物，并盡可能保持人體靜止，在實際用于計算機操作者的健康監測時有很多的局限性，因此主要應用在實驗階段，作為實驗的對照參數。基于視頻技術的生理信號監測方法是指利用操作人的眼動特性、頭部運動特性等推斷的被測者的健康狀態。 該方法一般采用非接觸式測量，對健康狀態的檢測精度較好，但是檢測設備價格昂貴、算法復雜，也只能用于實驗室研究階段。
技術實現思路
本專利技術的目的是提供一種對計算機操作者無約束、非接觸的呼吸率或心率監測裝置，可在不影響操作者工作的同時，實現對其健康狀態的監測和報警。為達到以上目的，本專利技術是采取如下技術方案予以實現的一種用于計算機操作者健康的監測裝置，其特征在于，包括向計算機操作人員非接觸輻射窄脈沖信號的微功率生物雷達前端，該微功率生物雷達前端對計算機操作者胸壁反射的呼吸或心跳的回波信號經可變延遲及相關檢測輸出至USB采集卡，USB采集卡的輸出接入計算機中的用于結果顯示和控制的數據處理模塊；所述數據處理模塊包括數字濾波單元、數值提取單元和數值比較單元，其中，數字濾波單元將USB采集卡送來的呼吸或心跳數字信號自適應濾波后使呼吸或心跳信號變得干凈和平滑；數值提取單元將濾波后的呼吸或心跳信號通過自相關處理和功率譜估計得到呼吸率或心率數值，數值比較單元將該呼吸率或心率數值與預先設置好的呼吸率閾值或心率閾值進行比較，并提示異常及報警。上述裝置中，所述的微功率生物雷達前端由信號源、窄脈沖成形電路、可變延遲線電路、相關檢測電路、積分器和微分器構成，其中的窄脈沖成形電路產生的窄脈沖序列經過外接發射天線輻射計算機操作者，由其呼吸或心跳引起的胸壁微動將窄脈沖序列的回波信號進行調制，經外接接收天線進入相關檢測和可變延遲線電路進行解調，然后通過積分器、 微分器的脈沖積累、微動檢測后檢測出呼吸或心跳信號進入USB采集卡，USB采集卡一方面將模擬的呼吸或心跳信號數字化后進入計算機中的數據處理模塊完成呼吸率或心率的顯示和報警；另一方面輸出8位的高低電平對可變延遲線電路進行控制，實現距離的斷層掃描，外接發射天線與接收天線與操作者的胸部距離不超過O. 5米。所述的窄脈沖成形電路產生的窄脈沖序列為整形后的250PS微波脈沖序列信號。所述積分器的時間常數為30s，微分器的時間常數為O. 5秒。一種計算機操作者健康的監測方法，采用前述用于計算機操作者健康的監測裝置實現，其特征在于，包括下述步驟(I)首先，在數據處理模塊中運行數據處理軟件，對微功率生物雷達前端和USB數據采集卡進行硬件自檢，當硬件準備就緒時自動創建文件名并開始采集操作者的呼吸或心跳信號；(2)然后對呼吸通路進行低通FIR濾波或對心跳通路進行帶通FIR濾波，濾波后的兩路信號經過自相關和AR模型功率譜估計后提取出操作者的呼吸率或心率，其中呼吸率為每30秒提取I次；心率為每5秒提取I次；(3)取前10分鐘的呼吸率的平均值的75%作為呼吸率閾值；取前10分鐘的心率平均值的75%作為心率閾值，后續的呼吸率與呼吸率閾值比較；或后續的心率的瞬時值與心率閾值進行比較，(4)當操作者的呼吸率或心率出現連續3次大于閾值的情況，數據處理模塊自動進行聲音報警，提示操作者保存正在運行的程序或文本，在數分鐘之內使計算機系統自動關閉軟件停機。上述方法中，所述低通FIR濾波，其截止頻率為O. 5Hz。所述的帶通FIR濾波，其下線截止頻率為O. 6Hz，上限截止頻率為2. 5Hz。與現有的計算機操作者健康監護裝置及方法相比，本專利技術具有以下優點1、由于采用微功率生物雷達前端，無需任何器件或導線接觸計算機操作者，從信號的發射到接收完全是無線的，可以在O. 5米內實現對計算機操作者的呼吸信號的監測， 檢測過程中對其沒有任何束縛，克服了接觸式傳感器或電極長時間監測容易增加心理負荷而影響健康狀態的客觀評估。2、由于采用了距離斷層掃描技術，具有很強的抗運動干擾能力。在設定了作用距離掃描脈沖后，除人體的呼吸和心跳信號之外，其他運動干擾均被有效地抑制，因此具有很高的運動干擾抑制能力。3、呼吸率和心率檢測準確。傳統的有線呼吸或心電監測裝置需要綁帶或電極綁于計算機操作者的胸腹部，胸腹部的運 動會產生較大的基線漂移而影響呼吸率和心率檢測的準確度，導致心率和呼吸率的誤差為4-6次/分鐘。而本專利技術監測裝置，呼吸或心跳信號的檢測不受基線漂移的影響，且呼吸率或心率的檢測采用自相關處理、自適應檢測和功率譜相融合，呼吸率或心率的檢測誤差為1-2次/分鐘。4、安裝和使用靈活。計算機操作者的健康監測裝置的硬件部分采用USB電源供電，并可夾在計算機屏幕或放立于桌面上；軟件部分安裝簡介、方便，使用時只需將程序打開并進行小型化顯示，不影響計算機的正常運行。5、本專利技術計算機操作者健康監測方法，通過非接觸檢測操作者的呼吸信號和心跳信號，采用可變延遲線、自適應濾波、自相關分析和功率譜估計等處理，能夠有效地抑制檢測者的其他運動干擾，準確地監測計算機操作者的呼吸率或心率，并與預設的閾值比較進行報警提示或自動關閉計算機，強制讓計算機操作者休息。以下結合附圖與具體實施方式對本專利技術作進一步的詳細說明。附圖說明圖1為本專利技術裝置的功能結構框圖。圖2為圖1中的微功率生物雷達前端的電路原理圖。圖3為圖1中的數據處理模塊中的數據處理流程圖。圖4為一名計算機操作者的呼吸信號和功率譜。其中(a)圖為呼吸波形；(b)圖為頻譜分析。具體實施方式如圖1所示，一種用于計算機操作者健康的監測裝置，包括向計算機操作人員非接觸輻射窄脈沖信號的微功率生物雷達前端，該微功率生物雷達前端對計算機操作者胸壁反射的呼吸或心跳的回波信號經可變延遲及相關檢測輸出至USB采集卡，USB采集卡將呼吸和心跳信號 數字化后接入計算機中的用于結果顯示和控制的數據處理模塊進行后續的軟本文檔來自技高網...
【技術保護點】
一種用于計算機操作者健康的監測裝置，其特征在于，包括向計算機操作人員非接觸輻射窄脈沖信號的微功率生物雷達前端，該微功率生物雷達前端對計算機操作者胸壁反射的呼吸或心跳的回波信號經可變延遲及相關檢測輸出至USB采集卡，USB采集卡的輸出接入計算機中的用于結果顯示和控制的數據處理模塊；所述數據處理模塊包括數字濾波單元、數值提取單元和數值比較單元，其中，數字濾波單元將USB采集卡送來的呼吸或心跳數字信號自適應濾波后使呼吸或心跳信號變得干凈和平滑；數值提取單元將濾波后的呼吸或心跳信號通過自相關處理和功率譜估計得到呼吸率或心率數值，數值比較單元將該呼吸率或心率數值與預先設置好的呼吸率閾值或心率閾值進行比較，并提示異常及報警。
【技術特征摘要】
【專利技術屬性】
技術研發人員：路國華，王健琪，楊芳，李盛，馬騰，張華，薛慧君，王華，
申請(專利權)人：中國人民解放軍第四軍醫大學，
類型：發明
國別省市：
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