我科學家實現非接觸心臟活動監測技術突破

本報合肥12月7日電（記者丁一鳴、常河） 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。研究團隊首次發現並利用心臟機械活動諧波中的“拍頻效應”這一重要物理現象，成功克服了遠場條件下由呼吸運動引起的大數量級干擾。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了高精度的非接觸人體心臟活動監測。這項研究成果標誌着非接觸心臟監測技術邁入新階段，為心血管疾病的早期預防與長期監測提供了創新解決方案。相關研究成果發表在《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，隨着老齡化加速，心血管疾病的發病率與致死率均居世界前列。研究表明，許多早發心血管疾病可以通過及時診斷和治療有效預防。長期連續的心臟活動監測對疾病的發現至關重要。

然而，現有心臟監測技術多為接觸式測量，例如傳統的心電圖設備需要在體表貼附多個電極，可穿戴設備則常基於光電容積描記法，這些方法由於舒適性不足、對使用環境敏感等原因，難以實現長期連續的心臟活動監測，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於心臟活動監測，展現出非接觸、便捷和高精度的潛力，但是技術發展仍面臨“呼吸譜泄漏”這一重大挑戰。團隊解釋，由於呼吸幅度（釐米級）遠大於心跳幅度（亞毫米級），呼吸諧波在心跳頻段產生顯著的頻譜泄漏，導致信幹噪比嚴重下降，限制了心臟活動監測的精度。

對此，研究團隊通過系統性分析，發現了兩個重要的物理現象，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，呼吸乾擾的影響顯著減弱。其次，我們發現心跳諧波中存在‘拍頻效應’，也就是高階心跳諧波疊加會產生與心跳週期一致的拍頻特徵，其頻率等於相鄰諧波頻率之差。”團隊介紹。

基於這兩大發現，研究團隊創新性地將心跳特徵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，顯著提升了監測精度。在大規模醫院場景和日常生活場景中，系統取得了26.1毫秒和34.1毫秒的中位誤差，充分驗證了其醫學應用價值。

這一研究突破為毫米波雷達在心臟活動監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心臟活動監測，展現出廣闊的臨牀應用前景。