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中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)教授陳彥團(tuán)隊首次發(fā)現(xiàn)并利用心臟機(jī)械活動諧波中的“拍頻效應(yīng)”，成功克服了遠(yuǎn)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(xùn)練的情況下，利用毫米波雷達(dá)技術(shù)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(biāo)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(yù)防與長期監(jiān)測提供了創(chuàng)新解決方案。日前，相關(guān)研究成果發(fā)表于《自然-通訊》。

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)備則常基于光電容積描記法。由于舒適性不足、對使用環(huán)境敏感等，這些方法難以實現(xiàn)長期連續(xù)的心臟活動監(jiān)測，可能錯過心血管疾病診治的最佳時間。

近年來，毫米波雷達(dá)技術(shù)被用于心臟活動監(jiān)測，展現(xiàn)出非接觸、便捷和高精度的優(yōu)點，但面臨“呼吸譜泄漏”這一重大挑戰(zhàn)。由于呼吸幅度（厘米級）遠(yuǎn)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(dǎo)致信干噪比嚴(yán)重下降，限制了心臟活動監(jiān)測的精度。

此次，研究團(tuán)隊通過系統(tǒng)性分析發(fā)現(xiàn)了兩個重要的物理現(xiàn)象，成功破解這一難題。一是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；二是發(fā)現(xiàn)心跳諧波中存在“拍頻效應(yīng)”，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。

基于這兩個現(xiàn)象，研究團(tuán)隊將心跳特征提取頻段從基頻轉(zhuǎn)移到高階諧波頻段，從而有效消除了呼吸諧波的干擾，顯著提升了監(jiān)測精度。在納入6222名參與者的大規(guī)模醫(yī)院場景和包括21個夜晚的日常生活場景中，他們?nèi)〉昧?6.1毫秒和34.1毫秒的中位誤差，充分驗證了相關(guān)技術(shù)的醫(yī)學(xué)應(yīng)用價值。

相關(guān)論文信息：https://doi.org/10.1038/s41467-024-55061-9

（原載于《中國科學(xué)報》?2024-12-12?第1版?要聞）