A Study of Neonatal Respiration and Heartbeat Measuring Method Using Doppler Sensor

2023 Fiscal Year Final Research Report

• Project/Area Number: 21K12717
• Research Category: Grant-in-Aid for Scientific Research (C)
• Allocation Type: Multi-year Fund
• Section: 一般
• Review Section: Basic Section 90130:Medical systems-related
• Research Institution: Chukyo University
• Principal Investigator: Uebayashi Shinji 中京大学, 工学部, 教授 (60555415)
• Co-Investigator(Kenkyū-buntansha): 佐藤 義朗 名古屋大学, 医学部附属病院, 病院准教授 (30435862)
• Project Period (FY): 2021-04-01 – 2024-03-31
• Keywords: 呼吸測定 / 心拍測定 / ドップラーセンサ / 新生児 / 成人 / テンプレートマッチング

Outline of Final Research Achievements

A noncontact respiration and heart beat measurement method has been researched and developed using doppler senser. Template matching method and Chord projection demodulation method have been developed, the experiments demonstrated that the RMSE of instantaneous RRI is less than 5% in case that an adult is lying on the bed and the amplitude of the vibration of skin caused by respiration and heart beat is less than 1mm when using 24 GHz doppler sensor. The sensor diversity method using STRR (Signal to Template Residual Ratio) has been developed. Stable measurement is possible even when the subject moves front, rear, left and right, using multiple (maximum 5) sensors by STRR diversity method. In case of a newborn baby, the measurement of instantaneous RRI is difficult because the heart beat amplitude is too small and the body movement is large. But the error rate of 10 seconds average RRI is less than 5%.

Free Research Field

電波応用技術

Academic Significance and Societal Importance of the Research Achievements

時間波形のような1次元データの信号処理技術として、測定信号からテンプレート波形を生成しテンプレートマッチングを行う、事前データ不要のテンプレートマッチング法、テンプレートマッチング波形の信頼性パラメータとなるSTRR(Signal to Template Residual Ratio) を用いたダイバーシチ受信法を提案した。
ドップラーセンサを用いた呼吸・心拍測定法は古くから研究されているが、未だに本格的な実用化ができていない。これは、被検者の体動及び外乱の影響の除去が難しいためである。本研究で開発した技術の採用により、体動や外乱にロバストな呼吸・心拍測定が可能になり、実用化の道筋を示した。