Nowadays, most vital signs monitoring techniques used in a medical context and/or daily
life routines require direct contact with skin, which can become uncomfortable or even
impractical to be used regularly. Radar technology has been appointed as one of the most
promising contactless tools to overcome these hurdles. However, there is a lack of studies
that cover a comprehensive assessment of this technology when applied in real-world
environments. This dissertation aims to study radar technology for remote vital signs
monitoring, more specifically, in respiratory and heartbeat sensing.
Two off-the-shelf radars, based on impulse radio ultra-wideband and frequency modu lated continuous wave technology, were customized to be used in a small proof of concept
experiment with 10 healthy participants. Each subject was monitored with both radars
at three different distances for two distinct conditions: breathing and voluntary apnea.
Signals processing algorithms were developed to detect and estimate respiratory and
heartbeat parameters, assessed using qualitative and quantitative methods.
Concerning respiration, a minimum error of 1.6% was found when radar respiratory
peaks signals were directly compared with their reference, whereas a minimum mean
absolute error of 0.3 RPM was obtained for the respiration rate. Concerning heartbeats,
their expression in radar signals was not as clear as the respiration ones, however a
minimum mean absolute error of 1.8 BPM for heartbeat was achieved after applying a
novel selective algorithm developed to validate if heart rate value was estimated with
reliability.
The results proved the potential for radars to be used in respiratory and heartbeat
contactless sensing, showing that the employed methods can be already used in some mo tionless situations. Notwithstanding, further work is required to improve the developed
algorithms in order to obtain more robust and accurate systems.Atualmente, a maioria das técnicas usadas para a monitorização de sinais vitais em
contexto médicos e/ou diário requer contacto direto com a pele, o que poderá tornar-se
incómodo ou até mesmo inviável em certas situações. A tecnologia radar tem vindo a ser
apontada como uma das mais promissoras ferramentas para medição de sinais vitais à
distância e sem contacto. Todavia, são necessários mais estudos que permitam avaliar esta
tecnologia quando aplicada a situações mais reais. Esta dissertação tem como objetivo o
estudo da tecnologia radar aplicada no contexto de medição remota de sinais vitais, mais
concretamente, na medição de atividade respiratória e cardíaca.
Dois aparelhos radar, baseados em tecnologia banda ultra larga por rádio de impulso
e em tecnologia de onda continua modulada por frequência, foram configurados e usados
numa prova de conceito com 10 participantes. Cada sujeito foi monitorizado com cada
um dos radar em duas situações distintas: respirando e em apneia voluntária. Algorit mos de processamento de sinal foram desenvolvidos para detetar e estimar parâmetros
respiratórios e cardíacos, avaliados através de métodos qualitativos e quantitativos.
Em relação à respiração, o menor erro obtido foi de 1,6% quando os sinais de radar
respiratórios foram comparados diretamente com os sinais de referência, enquanto que,
um erro médio absoluto mínimo de 0,3 RPM foi obtido para a estimação da frequência
respiratória via radar. A expressão cardíaca nos sinais radar não se revelou tão evidente
como a respiratória, no entanto, um erro médio absoluto mínimo de 1,8 BPM foi obtido
para a estimação da frequência cardíaca após a aplicação de um novo algoritmo seletivo,
desenvolvido para validar a confiança dos valores obtidos.
Os resultados obtidos provaram o potencial do uso de radares na medição de atividade
respiratória e cardíaca sem contacto, sendo esta tecnologia viável de ser implementada em
situações onde não existe muito movimento. Não obstante, os algoritmos desenvolvidos
devem ser aperfeiçoados no futuro de forma a obter sistemas mais robustos e precisos
