【科技日報】利用毫米波雷達實現(xiàn)非接觸心臟活動高精度監(jiān)測----中國科學(xué)院

加快打造原始創(chuàng)新策源地，加快突破關(guān)鍵核心技術(shù)，努力搶占科技制高點，為把我國建設(shè)成為世界科技強國作出新的更大的貢獻。

——習(xí)近平總書記在致中國科學(xué)院建院70周年賀信中作出的“兩加快一努力”重要指示要求

面向世界科技前沿、面向經(jīng)濟主戰(zhàn)場、面向國家重大需求、面向人民生命健康，率先實現(xiàn)科學(xué)技術(shù)跨越發(fā)展，率先建成國家創(chuàng)新人才高地，率先建成國家高水平科技智庫，率先建設(shè)國際一流科研機構(gòu)。

——中國科學(xué)院辦院方針

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【科技日報】利用毫米波雷達實現(xiàn)非接觸心臟活動高精度監(jiān)測

2024-12-31 科技日報吳長鋒

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長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測對心血管疾病的早期發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的心臟監(jiān)測技術(shù)多采用接觸式測量方法，由于舒適性不足、對使用環(huán)境敏感等原因，這些方法難以實現(xiàn)長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測，可能導(dǎo)致患者錯過心血管疾病診斷和治療的最佳時期。

近年來，毫米波雷達被應(yīng)用于心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出非接觸、便捷和高精度的優(yōu)勢。然而，這項技術(shù)仍面臨呼吸譜泄漏這一重大挑戰(zhàn)。由于厘米級的呼吸幅度遠(yuǎn)大于亞毫米級的心跳幅度，呼吸諧波在心跳頻段產(chǎn)生顯著的頻譜泄漏，導(dǎo)致信干噪比嚴(yán)重下降，限制了利用毫米波雷達進行心臟活動監(jiān)測的精度。

對此，研究團隊通過系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)兩個重要的物理現(xiàn)象。首先，研究團隊觀察到呼吸諧波比心跳諧波衰減更快，尤其在高頻段，呼吸干擾的影響顯著減弱。其次，研究團隊發(fā)現(xiàn)心跳諧波中存在拍頻效應(yīng)，即高階心跳諧波疊加會產(chǎn)生與心跳周期一致的拍頻特征，其頻率等于相鄰諧波頻率之差。

基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團隊創(chuàng)新性地將心跳特征提取頻段從基頻轉(zhuǎn)移到高階諧波頻段，從而有效消除呼吸諧波的干擾，顯著提升了監(jiān)測精度。在包括6222名參與者的大規(guī)模醫(yī)院場景和日常生活場景監(jiān)測中，該監(jiān)測方法顯示出較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，其醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值被充分驗證。

據(jù)悉，上述研究為毫米波雷達在心臟活動監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。在使用過程中，被測者不需要佩戴電極，也不需要去除衣物，以無感的方式即可完成長期持續(xù)心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出廣闊的臨床應(yīng)用前景。

（原載于《科技日報》?2024-12-31?第08版）

記者12月29日從中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)獲悉，該校教授陳彥團隊首次利用毫米波雷達技術(shù)實現(xiàn)了高精度的非接觸人體心臟活動監(jiān)測。這項研究成果標(biāo)志著非接觸心臟監(jiān)測技術(shù)邁入新階段，為心血管疾病的早期預(yù)防與長期監(jiān)測提供了創(chuàng)新方案。相關(guān)研究成果日前發(fā)表在國際學(xué)術(shù)期刊《自然-通訊》。長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測對心血管疾病的早期發(fā)現(xiàn)至關(guān)重要。然而，現(xiàn)有的心臟監(jiān)測技術(shù)多采用接觸式測量方法，由于舒適性不足、對使用環(huán)境敏感等原因，這些方法難以實現(xiàn)長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測，可能導(dǎo)致患者錯過心血管疾病診斷和治療的最佳時期。近年來，毫米波雷達被應(yīng)用于心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出非接觸、便捷和高精度的優(yōu)勢。然而，這項技術(shù)仍面臨呼吸譜泄漏這一重大挑戰(zhàn)。由于厘米級的呼吸幅度遠(yuǎn)大于亞毫米級的心跳幅度，呼吸諧波在心跳頻段產(chǎn)生顯著的頻譜泄漏，導(dǎo)致信干噪比嚴(yán)重下降，限制了利用毫米波雷達進行心臟活動監(jiān)測的精度。對此，研究團隊通過系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)兩個重要的物理現(xiàn)象。首先，研究團隊觀察到呼吸諧波比心跳諧波衰減更快，尤其在高頻段，呼吸干擾的影響顯著減弱。其次，研究團隊發(fā)現(xiàn)心跳諧波中存在拍頻效應(yīng)，即高階心跳諧波疊加會產(chǎn)生與心跳周期一致的拍頻特征，其頻率等于相鄰諧波頻率之差。基于這些發(fā)現(xiàn)，研究團隊創(chuàng)新性地將心跳特征提取頻段從基頻轉(zhuǎn)移到高階諧波頻段，從而有效消除呼吸諧波的干擾，顯著提升了監(jiān)測精度。在包括6222名參與者的大規(guī)模醫(yī)院場景和日常生活場景監(jiān)測中，該監(jiān)測方法顯示出較高的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性，其醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值被充分驗證。據(jù)悉，上述研究為毫米波雷達在心臟活動監(jiān)測領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了重要基礎(chǔ)。在使用過程中，被測者不需要佩戴電極，也不需要去除衣物，以無感的方式即可完成長期持續(xù)心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出廣闊的臨床應(yīng)用前景。（原載于《科技日報》?2024-12-31?第08版）

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