中国科大团队攻克毫米波雷达监测难题，实现高精度无感心跳检测
中国科大团队攻克毫米波雷达监测难题，实现高精度无感心跳检测
近日，中国科学技术大学陈彦教授团队在非接触心脏活动感知研究领域取得重大突破。研究团队首次发现并利用心脏机械活动谐波中的“拍频效应”，成功克服了远场条件下由呼吸运动引起的大数量级干扰，实现了高精度的非接触人体心脏活动监测。这一技术突破不仅为心血管疾病的早期预防与长期监测提供了创新解决方案，也标志着网络心电图技术迈入了新的发展阶段。
心血管疾病是全球第一大致死疾病，每年约有1790万人因此丧生。在我国，随着人口老龄化加剧，心血管疾病的发病率与致死率均居世界前列。研究表明，许多早发心血管疾病可以通过及时诊断和治疗有效预防。长期连续的心脏活动监测对疾病的发现至关重要。然而，传统的心脏监测技术多为接触式测量，如心电图设备需要在体表贴附多个电极，可穿戴设备则常基于光电容积描记法，这些方法由于舒适性不足、对使用环境敏感等原因，难以实现长期连续的心脏活动监测，从而可能错过心血管疾病诊断和治疗的最佳时期。
近年来，毫米波雷达技术被应用于心脏活动监测，展现出非接触、便捷和高精度的潜力。但是技术发展仍面临“呼吸谱泄漏”这一重大挑战。团队解释，由于呼吸幅度（厘米级）远大于心跳幅度（亚毫米级），呼吸谐波在心跳频段产生显著的频谱泄漏，导致信干噪比严重下降，限制了心脏活动监测的精度。对此，研究团队通过系统性分析，发现了两个重要的物理现象，从而成功破解这一难题。“我们观察到呼吸谐波比心跳谐波衰减更快，尤其在高频段，呼吸干扰的影响显著减弱。其次，我们发现心跳谐波中存在‘拍频效应’，也就是高阶心跳谐波叠加会产生与心跳周期一致的拍频特征，其频率等于相邻谐波频率之差。”团队介绍。
基于这两大发现，研究团队创新性地将心跳特征提取频段从基频转移到高阶谐波频段（约10倍频），从而有效消除了呼吸谐波的干扰，显著提升了监测精度。在大规模医院场景和日常生活场景中，系统取得了26.1毫秒和34.1毫秒的中位误差，充分验证了其医学应用价值。这一研究突破为毫米波雷达在心脏活动监测领域的应用奠定了重要基础，在使用过程中，被测者不需要佩戴电极，也不需要去除衣物，以无感的方式完成长期持续心脏活动监测，展现出广阔的临床应用前景。
这一突破仅仅是网络心电图技术快速发展的一个缩影。在数字化浪潮的推动下，网络心电图技术正在以前所未有的速度改变着心血管诊疗的面貌。远程医疗、大数据分析和人工智能的融合，不仅简化了检查流程，提高了诊断效率，更为医疗资源的共享与协同工作开辟了新的途径。
远程医疗是网络心电图技术应用的重要领域。世界卫生组织（WHO）和国际电信联盟（ITU）联合发布的报告显示，通过在数字卫生保健干预措施上进行适度投资，可以显著改善非传染性疾病的防治效果。例如，在塞内加尔，“斋月移动”运动利用移动技术在斋月期间提供疾病预防建议和促进健康生活方式，覆盖了20多万用户。在赞比亚，世卫组织和国际电联的联合倡议“保持健康，保持移动”计划，利用远程医疗和移动技术促进非传染性疾病预防和管理，将偏远地区的患者与卫生保健专业人员联系起来，进行实时咨询并监测风险因素。这些案例充分展示了远程医疗在提高医疗服务可及性、改善患者管理方面的巨大潜力。
大数据和人工智能的应用则为心电图分析带来了革命性的变化。深度学习算法，特别是卷积神经网络（CNN），在心电图分析中表现出色。研究显示，AI系统可以在几秒钟内完成复杂的心电图解读，准确率甚至超过人类专家。一个典型的心电图分类模型可能包含多个卷积层和池化层，能够从原始心电图信号中自动提取特征，并进行精准分类。这种技术进步不仅大大减轻了医生的工作负担，也为实现大规模筛查和早期预警提供了可能。
动态心电图机作为网络心电图技术的重要组成部分，其临床价值日益凸显。与传统静态心电图相比，动态心电图机可连续24小时记录患者的心电信息，数据量更大，能更全面地反映心脏活动状况。其高灵敏度和长时间监测能力，使其在心血管疾病早期诊断中发挥着不可替代的作用。此外，动态心电图机还广泛应用于运动生理研究和特殊环境作业人群的心脏监测，具有重要的社会和经济效益。
展望未来，网络心电图技术的发展前景令人振奋。随着5G通信、物联网和可穿戴设备的普及，实时监测和数据共享将变得更加便捷。AI算法的不断优化将使心电图分析更加精准和智能化。这些技术进步不仅会提高心血管疾病的诊断效率，还将推动预防医学和个性化医疗的发展。然而，我们也需要关注数据安全和隐私保护等问题，确保技术发展与伦理规范相协调。
总之，网络心电图技术正在重塑心血管诊疗的未来。通过实时传输和数据分析，这项技术不仅简化了检查流程，提高了诊断效率，还极大推动了医疗资源的共享与协同工作。无论是远程会诊还是大数据与人工智能的结合，网络心电图技术都在为患者带来更加便捷、高效的医疗服务。此外，动态心电图机也在临床诊断和特殊环境下发挥了重要作用，成为心血管疾病早期筛查的关键工具。这些技术的革新无疑将为人类的健康事业贡献力量。