近年來，非接觸式生理監(jiān)測技術憑借其便捷性和高精度，逐漸成為醫(yī)學領域的重要發(fā)展方向。在這股技術浪潮中，中國科學技術大學陳彥教授團隊取得了重大突破，成功利用毫米波雷達技術實現(xiàn)了非接觸式心臟活動監(jiān)測，并在呼吸干擾條件下，將心率監(jiān)測誤差率控制在僅26.1毫秒。這一成果不僅解決了傳統(tǒng)非接觸監(jiān)測面臨的關鍵難題，還為心血管健康管理提供了全新的解決方案。

一、技術背景：非接觸式監(jiān)測的挑戰(zhàn)

心血管疾病是全球首要致死原因之一。根據(jù)世界衛(wèi)生組織（WHO）數(shù)據(jù)，缺血性心臟病每年導致約890萬人死亡，占全球總死亡人數(shù)的16%。與此同時，長期心臟活動監(jiān)測在疾病早期預防、診斷及康復管理中具有關鍵作用。

傳統(tǒng)心臟監(jiān)測方法，如心電圖（ECG）和光電容積脈搏波（PPG）等，雖然監(jiān)測精度高，但依賴接觸式傳感器，需要貼附電極或光學傳感器，存在佩戴不適、感染風險、長時間監(jiān)測依從性差等問題。而非接觸式技術，如毫米波雷達，克服了上述不足，但受限于呼吸運動干擾，監(jiān)測精度往往難以滿足實際需求。

為解決這一難題，中國科學技術大學陳彥教授團隊通過創(chuàng)新性研究，提出了基于心臟機械活動諧波的全新信號提取方法，并成功應用于毫米波雷達心臟監(jiān)測系統(tǒng)中。

二、技術原理：拍頻效應與高階諧波的創(chuàng)新應用

1. 拍頻效應的發(fā)現(xiàn)

陳彥教授團隊首先利用毫米波雷達捕捉人體胸腔的微弱振動信號，這些振動主要由心臟機械活動和呼吸運動共同引起。然而，在遠場監(jiān)測條件下，呼吸引起的低頻振動往往會掩蓋心跳信號，導致監(jiān)測精度下降。

為此，團隊深入研究了心臟活動的頻譜特性，首次發(fā)現(xiàn)并利用了拍頻效應。當兩個頻率相近的諧波疊加時，會產生一個頻率等于兩個諧波頻率之差的拍頻信號。在心臟監(jiān)測中，相鄰的心跳諧波經(jīng)過疊加，可以生成一個新的心率特征信號，頻率精確對應于心跳頻率。

這一發(fā)現(xiàn)為毫米波雷達信號去噪提供了新思路，成功將心率信號從復雜背景中分離出來。

圖：非接觸心臟活動監(jiān)測系統(tǒng)流程示意圖

2. 高階諧波的利用

進一步研究表明，呼吸引起的信號諧波衰減較慢，尤其在低頻段，影響較為顯著。但隨著頻率增加，呼吸諧波衰減加速，而心跳信號在高階諧波頻段仍然保持穩(wěn)定。

基于這一特性，研究團隊將心跳信號提取頻段從基頻轉移至高階諧波頻段（約10倍頻）。這種方法有效規(guī)避了呼吸運動的干擾，使得毫米波雷達能夠在遠場條件下實現(xiàn)高精度的心臟監(jiān)測。

三、實驗驗證：誤差率僅26.1毫秒

為驗證技術有效性，陳彥教授團隊在不同場景下進行了大規(guī)模實驗：

· 醫(yī)院場景：對6222名參與者進行監(jiān)測，系統(tǒng)的中位誤差為26.1毫秒；

· 日常場景：在連續(xù)21個夜晚的家居環(huán)境中進行測試，中位誤差為34.1毫秒。

實驗結果表明，即使在存在呼吸干擾、環(huán)境噪聲等復雜條件下，毫米波雷達系統(tǒng)依然表現(xiàn)出極高的精度。這一突破使非接觸式心臟監(jiān)測的精度首次達到臨床可用標準。

四、技術優(yōu)勢：非接觸式毫米波雷達的獨特價值

1. 高精度：通過拍頻效應和高階諧波提取方法，系統(tǒng)實現(xiàn)了與接觸式傳感器相媲美的監(jiān)測精度。

2. 非接觸式：無需佩戴電極或傳感器，被測者可在自然狀態(tài)下進行監(jiān)測，顯著提升用戶體驗。

3. 遠場監(jiān)測：毫米波雷達可在數(shù)米距離外捕捉胸腔微小振動，適用于醫(yī)療機構、家庭及智能健康設備等多種場景。

4. 安全性高：毫米波信號具有良好的穿透性，對皮膚、衣物無影響，且無輻射危害。

五、應用前景：醫(yī)療與健康管理的廣泛潛力

1. 臨床診斷與監(jiān)護

毫米波雷達心臟監(jiān)測技術可應用于醫(yī)院重癥監(jiān)護病房（ICU）、心血管?？圃\室等場景，提供持續(xù)、精準的心臟活動監(jiān)測。同時，該技術可與遠程醫(yī)療系統(tǒng)結合，幫助醫(yī)生實現(xiàn)遠程診斷和實時監(jiān)控。

2. 家庭健康管理

對于老年人、心血管疾病高風險人群，非接觸式監(jiān)測系統(tǒng)可以實現(xiàn)長期、無感的健康管理，及時發(fā)現(xiàn)潛在的心臟異常。

3. 智能設備集成

毫米波雷達技術具備小型化和低功耗特點，可集成到智能家居設備、穿戴設備等消費電子產品中，成為下一代智能健康監(jiān)測的核心技術。

六、全球心血管健康現(xiàn)狀與市場機遇

全球心血管疾病患者數(shù)量持續(xù)增長，監(jiān)測需求日益擴大。2021年，全球約1991萬人死于心血管疾病，顯示出這一健康問題的嚴峻性。

與此同時，全球健康監(jiān)測市場正在快速增長。根據(jù)市場調研機構預測，到2026年，非接觸式生理監(jiān)測市場規(guī)模將突破120億美元，年復合增長率超過15%。在此背景下，中科大毫米波雷達技術的突破無疑具有重要的市場競爭力和應用前景。

七、未來展望：技術優(yōu)化與發(fā)展方向

盡管取得了顯著成就，毫米波雷達心臟監(jiān)測技術仍有進一步優(yōu)化的空間：

1. 算法提升：進一步優(yōu)化信號處理算法，提升系統(tǒng)在不同人群、不同姿態(tài)下的適應性和精度。

2. 設備小型化：推進毫米波雷達模塊的集成化、小型化，降低成本，推動商業(yè)化落地。

3. 多參數(shù)監(jiān)測：研究毫米波雷達在血氧飽和度、呼吸頻率等多生理參數(shù)同步監(jiān)測的可行性，打造全方位健康監(jiān)測系統(tǒng)。

八、結語：技術突破引領健康未來

中國科學技術大學陳彥教授團隊通過創(chuàng)新的拍頻效應和高階諧波提取方法，成功克服了非接觸式心臟監(jiān)測中呼吸干擾的技術瓶頸，將誤差率控制在26.1毫秒。這一突破標志著毫米波雷達技術在醫(yī)學健康領域邁出了關鍵一步，展現(xiàn)出廣闊的臨床和市場應用前景。

隨著技術的持續(xù)發(fā)展和商業(yè)化落地，這一創(chuàng)新有望為全球心血管疾病的預防與管理提供強有力的支持，助力健康監(jiān)測邁向更加智能化和普及化的未來。

論文原文：Monitoring long-term cardiac activity with contactless radio frequency signals

舉報/反饋

相關知識

不用接觸就能監(jiān)測心臟活動，中國科大利用毫米波雷達實現(xiàn)新突破
中國團隊實現(xiàn)非接觸心臟活動監(jiān)測
AI融合毫米波雷達，IOTE·2024 深圳毫米波雷達技術生態(tài)研討會成功舉辦！
毫米波雷達+AI，清雷科技引領睡眠體檢新風向
空天院醫(yī)療電子團隊基于毫米波雷達無感式醫(yī)療健康監(jiān)測研究取得進展
清雷科技：非接觸式監(jiān)測設備，老年人健康監(jiān)測的最優(yōu)解
智能家居適老化：毫米波雷達恰逢其時
產業(yè)圈大咖齊聚，一起探討毫米波雷達市場新業(yè)態(tài)、連接新動能
毫米波雷達助力保護嬰幼兒呼吸健康監(jiān)測，硬核科技護航寶寶健康成長
毫米波雷達：老年人健康管理新利器！

網(wǎng)址: 中科大毫米波雷達技術突破：非接觸心臟監(jiān)測誤差率僅26.1毫秒 http://www.u1s5d6.cn/newsview1671242.html