Contactless Vital Sign Measurement

Abstract

This thesis proposes an FMCW radar measurement algorithm for the extraction of time-varying respiratory data and heart rates based on phase measurement and a digital wavelet transform. In order to address the issue of sampling pauses resulting from hardware limitations, a piecewise constant interpolation of the inter-frame processing time was employed. Subsequently, a phase unwrapping algorithm was implemented and improved with regard to noise stability. To extract time-varying vital signs, the digital wavelet transform was employed in conjunction with a peak finding algorithm. The methodology was evaluated in a study involving three subjects and nine measurements under diverse conditions, including held breath and high-intensity measurements. The results demonstrated 100% precision for respiration rate and 96.5% precision for heart rate in relation to the reference measurement.

In dieser Arbeit wird ein FMCW-Radarmessalgorithmus für die Extraktion von zeitlich veränderlichen Vitalzeichen auf der Grundlage der Phasenmessung und der digitalen Wavelet-Transformation entwickelt. Um das Problem der durch Hardwarebeschränkungen bedingten Abtastpausen zu lösen, wird eine stückweise konstante Interpolation der Verarbeitungszeit zwischen den Frames verwendet. Anschließend wird ein Phase-Unwrapping-Algorithmus implementiert und im Hinblick auf die Rauschstabilität verbessert. Zur Extraktion der zeitvarianten Vitalparameter wird die digitale Wavelet-Transformation in Verbindung mit einem Peak-Finding-Algorithmus eingesetzt. Die Methode wurde in einer Studie mit drei Probanden und neun Messungen unter verschiedenen Bedingungen, einschließlich angehaltenem Atem und hochintensive Belastung, bewertet. Die Ergebnisse zeigten eine 100% Präzision für die Atemfrequenz und eine 96,5% Präzision für die Herzfrequenz in Bezug auf die Referenzmessung.