中國科大實現(xiàn)非接觸心臟活動監(jiān)測

安徽財經(jīng)網(wǎng)訊：12月11日，記者從中國科學技術大學獲悉，該校陳彥教授團隊在非接觸心臟活動感知研究領域取得重大進展，在無需任何模型訓練的情況下，他們利用毫米波雷達技術實現(xiàn)了高精度的非接觸人體心臟活動監(jiān)測。這項研究成果標志著非接觸心臟監(jiān)測技術邁入新階段，為心血管疾病的早期預防與長期監(jiān)測提供了創(chuàng)新解決方案。相關研究成果發(fā)表在《自然·通訊》上。

心血管疾病是全球第一大致死疾病，每年約有1790萬人因此失去生命。在我國，隨著人口老齡化的加劇，心血管疾病的發(fā)病率與致死率均居世界前列。研究表明，許多早發(fā)心血管疾病可以通過及時診斷和治療來有效預防。因此，長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測對疾病的早期發(fā)現(xiàn)至關重要。然而，現(xiàn)有心臟監(jiān)測技術多為接觸式測量，例如傳統(tǒng)的心電圖設備需要在體表貼附多個電極，可穿戴設備則�；�于光電容積描記法(PPG)。這些方法由于舒適性不足、對使用環(huán)境敏感等原因，難以實現(xiàn)長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測，從而可能錯過心血管疾病診斷和治療的最佳時期。

近年來，毫米波雷達技術被應用于心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出非接觸、便捷和高精度的潛力。然而，技術發(fā)展仍面臨“呼吸譜泄漏”這一重大挑戰(zhàn)。由于呼吸幅度(厘米級)遠大于心跳幅度(亞毫米級)，呼吸諧波在心跳頻段產(chǎn)生顯著的頻譜泄漏，導致信干噪比嚴重下降，限制了心臟活動監(jiān)測的精度。

對此，研究團隊通過系統(tǒng)性分析，發(fā)現(xiàn)了兩個重要的物理現(xiàn)象，從而成功破解這一難題。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”，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。

基于這兩大發(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移到高階諧波頻段(約10倍頻)，從而有效消除了呼吸諧波的干擾，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)院場景和長達21個夜晚的日常生活場景中，系統(tǒng)取得了26.1毫秒和34.1毫秒的中位誤差，充分驗證了其醫(yī)學應用價值。

這一研究突破為毫米波雷達在心臟活動監(jiān)測領域的應用奠定了重要基礎，在使用過程中，被測者不需要佩戴電極也不需要去除衣物，以無感的方式完成長期持續(xù)的心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出廣闊的臨床應用前景。(記者 祁琳)