中國科大突破百余年傳統瓶頸實現非接觸心電圖實時監測

中國科學技術大學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，實現了基于毫米波雷達的非接觸人體心電圖實時監測，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。相關研究成果以“Contactless Electrocardiogram Monitoring with Millimeter Wave Radar”為題發表于《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，其發病率與致死率均占世界前列。心電圖（ECG）監測一直被視為臨床診斷心血管疾病的金標準之一，在疾病早期診斷發現以及后續治療過程中均有極高的臨床價值。

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

吳曼青院士團隊聚焦當前公共健康領域的痛點問題，研究非接觸ECG監測技術，以突破傳統ECG監測接觸式測量的應用瓶頸。

傳統ECG工作原理是通過接觸皮膚的電極捕捉反映心臟狀態的電活動變化，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，開發了一種毫米波雷達系統，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，隨后利用深度神經網絡模型建模心臟機械活動與電活動之間的非線性映射關系，通過數據驅動的方式求解該域轉換問題，并實現從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測

系統的時間和形態精度性能分析以及在不同心率狀態下的監測結果對比

研究人員在0.5m非接觸感知距離、不同生理狀態（正常呼吸、不規則呼吸、運動后和睡眠）和人體相對靜止躺姿約束的實驗設計下，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測。研究發現，與帶電極的標準心電圖監測技術相比，該方法實現了時間中位數精度誤差小于14ms，形態中位數精度大于90%的非接觸ECG監測性能。此外，該方法的監測結果還支持對臨床心律紊亂診斷過程中的關鍵指標——心跳間期的穩定監測，其90%誤差均在9ms以內，進一步驗證了該方法的醫學價值。

該研究突破了無線信號在人體感知任務中的物理感知極限，提供了一種非接觸ECG監測方法。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。