基于K波段雷达的无接触人体生命体征监测系统：算法优化与临床应用验证

针对传统生命体征监测方法需皮肤接触、易受电磁干扰等局限，Qi Yong团队开发了基于K波段雷达的无接触监测系统，结合专用解调算法和自适应滤波技术，实现3.2米内实时心率检测（RRMSE<5%），同步获取心音图(PCG)和呼吸异常信号，为远程医疗和应急救援提供创新解决方案。

　　

在医疗监测领域，传统方法如心电图(ECG)、光电体积描记术(PPG)和心音图(PCG)长期面临接触式测量带来的局限性：电极接触不良会导致信号失真，环境电磁干扰影响ECG精度，而PPG易受环境光线和皮肤压力干扰。更棘手的是，在驾驶员监测或救援场景中，导线和传感器可能妨碍行动，甚至影响患者情绪。这些痛点催生了无接触监测技术的探索，但现有方案普遍受限于工作距离短（通常<1米）、时间分辨率低或无法获取心音等高频振动信号。

针对这些挑战，某高校的研究团队在《Biomedical Signal Processing and Control》发表了一项突破性研究。他们设计了一套基于24GHz K波段雷达的监测系统，通过创新性地结合连续波(CW)雷达前端、24位高精度ADC数据采集和参数化双二阶滤波器组，实现了3.2米范围内的心跳和呼吸同步监测。系统核心在于三个关键技术：1）采用正交混频器将微米级胸部位移转换为中频(IF)信号；2）动态校准的极坐标解调算法消除零点漂移；3）针对心动冲击(10-35Hz)和心音(18.5-100Hz)设计的五通道滤波器组，其中15.7Hz的峰值均衡滤波器显著提升了运动抗干扰能力。

硬件系统验证显示惊人精度：数据采集系统信噪比(SNR)达101dB，雷达拾取非线性失真仅0.02%。在6组人体试验中（含运动、睡眠等状态），相比PPG参考值，心率检测相对均方根误差(RRMSE)最低达0.31%（静态）至0.94%（运动状态），且成功识别瑜伽练习中的呼吸暂停事件。值得注意的是，系统获取的心音谱与接触式PCG高度吻合，证实其作为"虚拟听诊器"的潜力——这对减少交叉感染意义重大。

研究团队特别强调了算法创新：自适应锁存检测机制通过联合心动冲击带和心音带能量包络，将常见体动干扰（0.67-3Hz）与有效信号分离。相比传统傅里叶变换方法需要10秒窗口计算心率，该系统实现单心跳级实时分析。工作距离测试表明，3.2米内RRMSE保持<5%，超越同类FMCW雷达方案（典型距离<1.5米）。

这项研究为无接触医疗监测树立了新标杆。其临床价值体现在三方面：首先，长距离监测能力适合隔离病房或灾难救援；其次，同步获取PCG和呼吸信号助力心肺联合诊断；更重要的是，系统抗干扰特性使其在车载等动态场景中具备应用潜力。未来通过集成惯性传感器补偿设备振动，并扩展至心血管疾病人群验证，这套系统或将成为智慧医疗的关键组件。正如作者指出，该技术不仅解决现有监测痛点，更开创性地将雷达从"心率检测器"升级为具备听诊功能的综合诊断平台，这种范式转变对远程医疗发展具有深远影响。