隔空測“心”更持久、更靠譜——

我科學家實現(xiàn)非接觸心臟活動監(jiān)測技術突破

日前，中國科學技術大學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。研究團隊首次發(fā)現(xiàn)并利用心臟機械活動諧波中的“拍頻效應”這一重要物理現(xiàn)象，成功克服了遠場條件下由呼吸運動引起的大數(shù)量級干擾。在無須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1790萬人因此喪生。在我國，隨著老齡化加速，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有效預防。長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測對疾病的發(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?；诠怆娙莘e描記法，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，但是技術發(fā)展仍面臨“呼吸譜泄漏”這一重大挑戰(zhàn)。團隊解釋，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。“我們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，我們發(fā)現(xiàn)心跳諧波中存在‘拍頻效應’，也就是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。”團隊介紹。

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(zhuǎn)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。在大規(guī)模醫(yī)院場景和日常生活場景中，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)心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出廣闊的臨床應用前景。（記者丁一鳴、常河）

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