近年来，非接触式生理监测技术凭借其便捷性和高精度，逐渐成为医学领域的重要发展方向。在这股技术浪潮中，中国科学技术大学陈彦教授团队取得了重大突破，成功利用毫米波雷达技术实现了非接触式心脏活动监测，并在呼吸干扰条件下，将心率监测误差率控制在仅26.1毫秒。这一成果不仅解决了传统非接触监测面临的关键难题，还为心血管健康管理提供了全新的解决方案。
一、技术背景：非接触式监测的挑战
心血管疾病是全球首要致死原因之一。根据世界卫生组织（WHO）数据，缺血性心脏病每年导致约890万人死亡，占全球总死亡人数的16%。与此同时，长期心脏活动监测在疾病早期预防、诊断及康复管理中具有关键作用。
传统心脏监测方法，如心电图（ECG）和光电容积脉搏波（PPG）等，虽然监测精度高，但依赖接触式传感器，需要贴附电极或光学传感器，存在佩戴不适、感染风险、长时间监测依从性差等问题。而非接触式技术，如毫米波雷达，克服了上述不足，但受限于呼吸运动干扰，监测精度往往难以满足实际需求。
为解决这一难题，中国科学技术大学陈彦教授团队通过创新性研究，提出了基于心脏机械活动谐波的全新信号提取方法，并成功应用于毫米波雷达心脏监测系统中。
二、技术原理：拍频效应与高阶谐波的创新应用
1. 拍频效应的发现
陈彦教授团队首先利用毫米波雷达捕捉人体胸腔的微弱振动信号，这些振动主要由心脏机械活动和呼吸运动共同引起。然而，在远场监测条件下，呼吸引起的低频振动往往会掩盖心跳信号，导致监测精度下降。
为此，团队深入研究了心脏活动的频谱特性，首次发现并利用了拍频效应。当两个频率相近的谐波叠加时，会产生一个频率等于两个谐波频率之差的拍频信号。在心脏监测中，相邻的心跳谐波经过叠加，可以生成一个新的心率特征信号，频率精确对应于心跳频率。
这一发现为毫米波雷达信号去噪提供了新思路，成功将心率信号从复杂背景中分离出来。
图：非接触心脏活动监测系统流程示意图
2. 高阶谐波的利用
进一步研究表明，呼吸引起的信号谐波衰减较慢，尤其在低频段，影响较为显著。但随着频率增加，呼吸谐波衰减加速，而心跳信号在高阶谐波频段仍然保持稳定。
基于这一特性，研究团队将心跳信号提取频段从基频转移至高阶谐波频段（约10倍频）。这种方法有效规避了呼吸运动的干扰，使得毫米波雷达能够在远场条件下实现高精度的心脏监测。
三、实验验证：误差率仅26.1毫秒
为验证技术有效性，陈彦教授团队在不同场景下进行了大规模实验：
· 医院场景：对6222名参与者进行监测，系统的中位误差为26.1毫秒；
· 日常场景：在连续21个夜晚的家居环境中进行测试，中位误差为34.1毫秒。
实验结果表明，即使在存在呼吸干扰、环境噪声等复杂条件下，毫米波雷达系统依然表现出极高的精度。这一突破使非接触式心脏监测的精度首次达到临床可用标准。
四、技术优势：非接触式毫米波雷达的独特价值
1. 高精度：通过拍频效应和高阶谐波提取方法，系统实现了与接触式传感器相媲美的监测精度。
2. 非接触式：无需佩戴电极或传感器，被测者可在自然状态下进行监测，显著提升用户体验。
3. 远场监测：毫米波雷达可在数米距离外捕捉胸腔微小振动，适用于医疗机构、家庭及智能健康设备等多种场景。
4. 安全性高：毫米波信号具有良好的穿透性，对皮肤、衣物无影响，且无辐射危害。
五、应用前景：医疗与健康管理的广泛潜力
1. 临床诊断与监护
毫米波雷达心脏监测技术可应用于医院重症监护病房（ICU）、心血管专科诊室等场景，提供持续、精准的心脏活动监测。同时，该技术可与远程医疗系统结合，帮助医生实现远程诊断和实时监控。
2. 家庭健康管理
对于老年人、心血管疾病高风险人群，非接触式监测系统可以实现长期、无感的健康管理，及时发现潜在的心脏异常。
3. 智能设备集成
毫米波雷达技术具备小型化和低功耗特点，可集成到智能家居设备、穿戴设备等消费电子产品中，成为下一代智能健康监测的核心技术。
六、全球心血管健康现状与市场机遇
全球心血管疾病患者数量持续增长，监测需求日益扩大。2021年，全球约1991万人死于心血管疾病，显示出这一健康问题的严峻性。
与此同时，全球健康监测市场正在快速增长。根据市场调研机构预测，到2026年，非接触式生理监测市场规模将突破120亿美元，年复合增长率超过15%。在此背景下，中科大毫米波雷达技术的突破无疑具有重要的市场竞争力和应用前景。
七、未来展望：技术优化与发展方向
尽管取得了显著成就，毫米波雷达心脏监测技术仍有进一步优化的空间：
1. 算法提升：进一步优化信号处理算法，提升系统在不同人群、不同姿态下的适应性和精度。
2. 设备小型化：推进毫米波雷达模块的集成化、小型化，降低成本，推动商业化落地。
3. 多参数监测：研究毫米波雷达在血氧饱和度、呼吸频率等多生理参数同步监测的可行性，打造全方位健康监测系统。
八、结语：技术突破引领健康未来
中国科学技术大学陈彦教授团队通过创新的拍频效应和高阶谐波提取方法，成功克服了非接触式心脏监测中呼吸干扰的技术瓶颈，将误差率控制在26.1毫秒。这一突破标志着毫米波雷达技术在医学健康领域迈出了关键一步，展现出广阔的临床和市场应用前景。
随着技术的持续发展和商业化落地，这一创新有望为全球心血管疾病的预防与管理提供强有力的支持，助力健康监测迈向更加智能化和普及化的未来。
论文原文链接：Monitoring long-term cardiac activity with contactless radio frequency signals
