中國科學(xué)技術(shù)大學(xué)吳曼青院士團隊陳彥教授、孫啟彬研究員等在無線人體感知研究中取得重要進展，實現(xiàn)了基于毫米波雷達的非接觸人體心電圖實時監(jiān)測，突破了百余年來心電圖僅能通過接觸式傳感器獲取的局限。相關(guān)研究成果以“Contactless Electrocardiogram Monitoring with Millimeter Wave Radar”為題發(fā)表于《IEEE Transactions on Mobile Computing》，并于2022年11月28日被IEEE（國際電氣與電子工程師協(xié)會）旗艦出版物IEEE Spectrum特別報道。

心血管疾病是全球第一大致死疾病，每年約有1860萬人因此失去生命。在我國，隨著人口老齡化問題的日益突出，心血管疾病對人們健康的影響越加顯著，其發(fā)病率與致死率均占世界前列。心電圖（ECG）監(jiān)測一直被視為臨床診斷心血管疾病的金標(biāo)準(zhǔn)之一，在疾病早期診斷發(fā)現(xiàn)以及后續(xù)治療過程中均有極高的臨床價值。

然而，自發(fā)明100多年來，ECG監(jiān)測一直要求利用貼身電極測量體表的電活動變化，導(dǎo)致不適的用戶體驗。因此，日常生活中的長時間連續(xù)ECG監(jiān)測往往難以實施，造成轉(zhuǎn)瞬即逝的異常心電狀態(tài)記錄丟失，延誤疾病的診斷。

吳曼青院士團隊聚焦當(dāng)前公共健康領(lǐng)域的痛點問題，研究非接觸ECG監(jiān)測技術(shù)，以突破傳統(tǒng)ECG監(jiān)測接觸式測量的應(yīng)用瓶頸。

傳統(tǒng)ECG工作原理是通過接觸皮膚的電極捕捉反映心臟狀態(tài)的電活動變化，而陳彥教授等利用心臟電活動與機械活動是心臟活動同源不同表征的特性，開發(fā)了一種毫米波雷達系統(tǒng)，使用毫米波雷達以非接觸形式測量體表的心臟機械活動，從射頻（RF）信號中提取4D心臟機械運動信號，隨后利用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型建模心臟機械活動與電活動之間的非線性映射關(guān)系，通過數(shù)據(jù)驅(qū)動的方式求解該域轉(zhuǎn)換問題，并實現(xiàn)從RF輸入到ECG輸出的端到端重建映射，最終還原出心電ECG波形。

毫米波非接觸心電圖實時監(jiān)測

系統(tǒng)的時間和形態(tài)精度性能分析以及在不同心率狀態(tài)下的監(jiān)測結(jié)果對比

研究人員在0.5m非接觸感知距離、不同生理狀態(tài)（正常呼吸、不規(guī)則呼吸、運動后和睡眠）和人體相對靜止躺姿約束的實驗設(shè)計下，對35名實驗對象（年齡在18～65歲之間）進行了非接觸心電圖監(jiān)測。研究發(fā)現(xiàn)，與帶電極的標(biāo)準(zhǔn)心電圖監(jiān)測技術(shù)相比，該方法實現(xiàn)了時間中位數(shù)精度誤差小于14ms，形態(tài)中位數(shù)精度大于90%的非接觸ECG監(jiān)測性能。此外，該方法的監(jiān)測結(jié)果還支持對臨床心律紊亂診斷過程中的關(guān)鍵指標(biāo)——心跳間期的穩(wěn)定監(jiān)測，其90%誤差均在9ms以內(nèi)，進一步驗證了該方法的醫(yī)學(xué)價值。

該研究突破了無線信號在人體感知任務(wù)中的物理感知極限，提供了一種非接觸ECG監(jiān)測方法。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ECG監(jiān)測，具有極高的臨床價值，尤其對心律失常、心肌梗死等疾病具有重要的診斷價值。