Non-Contact Blood Pressure Estimation from Radar Signals by a Stacked Deformable Convolution Network

计算机科学 人工智能 雷达 卷积(计算机科学) 估计 计算机视觉 遥感 地质学 人工神经网络 电信 工程类 系统工程
作者
Ye Qiu,Xinjie Ma,Xinglong Li,Shaocan Fan,Zhenmiao Deng,Xiaohong Huang
出处
期刊:IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics [Institute of Electrical and Electronics Engineers]
卷期号:28 (8): 4553-4564 被引量:1
标识
DOI:10.1109/jbhi.2024.3400961
摘要

This study introduces a contactless blood pressure monitoring approach that combines conventional radar signal processing with novel deep learning architectures. During the preprocessing phase, datasets suitable for synchronization are created by integrating Kalman filtering, multiscale bandpass filters, and a periodic extraction method in the time domain. These data comprise data on chest micro variations, encapsulating a complex array of physiological and biomedical information reflective of cardiac micromotions. The Radar-based Stacked Deformable convolution Network (RSD-Net) integrates channel and spatial self attention mechanisms within a deformable convolutional framework to enhance feature extraction from radar signals. The network architecture systematically employs deformable convolutions for initial deep feature extraction from individual signals. Subsequently, continuous blood pressure estimation is conducted using self attention mechanisms on feature map from single source coupled with multi-feature map channel attention. The performance of model is corroborated via the open-source dataset procured using a non-invasive 24GHz six-port continuous wave radar system. The dataset, encompassing readings from 30 healthy individuals subjected to diverse conditions including rest, the Valsalva maneuver, apnea, and tilt-table examinations. It serves to substantiate the validity and resilience of the proposed method in the non-contact assessment of continuous blood pressure. Evaluation metrics reveal Pearson correlation coefficients of 0.838 for systolic and 0.797 for diastolic blood pressure predictions. The Mean Error (ME) and Standard Deviation (SD) for systolic and diastolic blood pressure measurements are -0.32 $\pm$ 6.14mmHg and -0.20 $\pm$ 5.50mmHg, respectively. The ablation study assesses the contribution of different structural components of the RSD-Net, validating their significance in the overall of model performance.
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