12 月 16 日消息，中國科學技術(shù)大學陳彥教授團隊在非接觸心臟活動感知研究領(lǐng)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。在無需任何模型訓練的情況下，他們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。

非接觸心臟活動監(jiān)測系統(tǒng)

　　這項研究成果標志著非接觸心臟監(jiān)測技術(shù)邁入新階段，為心血管疾病的早期預防與長期監(jiān)測提供了創(chuàng)新解決方案。相關(guān)研究成果以“Monitoring Long-term Cardiac Activity with Contactless Radio Frequency Signals”為題，于 12 月 5 日發(fā)表在《自然?通訊》（Nature Communications）上。

　　中國科學技術(shù)大學表示，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。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(guān)重要。

　　然而，現(xiàn)有心臟監(jiān)測技術(shù)多為接觸式測量，例如傳統(tǒng)的心電圖設(shè)備需要在體表貼附多個電極，可穿戴設(shè)備則?；诠怆娙莘e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(shù)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(shù)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(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(lǐng)域的應用奠定了重要基礎(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。

監(jiān)測系統(tǒng)的應用場景和部分結(jié)果展示

　　中國科學技術(shù)大學網(wǎng)絡(luò)空間安全學院博士后張賓賓為文章的第一作者；陳彥教授為文章的通訊作者；中國科學技術(shù)大學附屬第一醫(yī)院馬禮坤教授、中國科學技術(shù)大學孫啟彬研究員、胡洋副教授、張東恒副研究員、李亞東、盧智、陳金波、王浩宇、周放、濮玉等為文章的共同作者；學校賦權(quán)企業(yè)合肥中科知奇信息科技有限公司為文章合作單位。相關(guān)工作得到了國家自然科學基金委、科技部、安徽省和中國科學技術(shù)大學的經(jīng)費資助。