"FOSTER数据集：首个同步采集力心图(FCG)、心震图(SCG)、心音图(PCG)、心电图(ECG)与呼吸信号的多模态心脏力学研究开放数据库"

本研究针对非侵入性心脏力学监测技术信号分散、缺乏统一数据库的瓶颈问题，开发了首个同步采集力心图(FCG)、心震图(SCG)、心音图(PCG)、心电图(ECG)和呼吸信号的FOSTER数据集。通过40名健康受试者的7分钟多模态信号采集，验证了FCG信号在心跳检测(灵敏度94%)和呼吸间隔测量(R2>0.95)中的可靠性，为心血管疾病的无创监测提供了新型技术标准与算法开发平台。

　　

心血管疾病的早期诊断一直面临传统监测技术各自为政的困境——心震图(SCG)记录心脏机械振动(0.5-30Hz)，心音图(PCG)捕捉瓣膜声学信号(20-2000Hz)，而呼吸运动又会对这些信号产生调制效应。这种技术碎片化导致现有数据集存在性别失衡、信号类型不全等缺陷，例如CEBS数据库缺少心音数据，而SensSmartTech数据集又缺失呼吸信号。为解决这一难题，意大利那不勒斯费德里科二世大学(University of Naples Federico II)的研究团队在《Scientific Data》发布了首个力心图(FCG)多模态数据集FOSTER，通过单传感器集成技术实现了0.5-300Hz超宽频带的心脏力学信号采集。

研究团队采用交叉学科技术路线：1)使用PZT/PVDF压电传感器与ADXL335加速度计构建FCG-SCG集成探头，以10kHz采样率同步采集40名健康受试者的7分钟数据；2)通过21阶Savitzky-Golay滤波器分离呼吸成分(FRG)，再经带通滤波提取低频(0.5-6Hz)、高频(7-30Hz)和心音(30-300Hz)三个FCG子成分；3)采用模板匹配算法实现ECG无关的心跳检测，结合Bland-Altman分析验证测量一致性。

数据记录与验证

FOSTER数据集包含40例均衡性别样本(20男/20女)，SCG信号信噪比达83.73±0.53dB。通过功率谱分析确认1-5kHz频段为白噪声特性(PSD斜率≈0)，为信号质量评估建立标准。

心脏参数提取

微分处理的高频FCG成分(dHF-FCG)与SCG高度相似，其心跳检测灵敏度达94%(PVDF)和92.6%(PZT)，IBI测量误差中位数为0ms，95%一致性界限±5.5ms。心音成分(HS-FCG)虽灵敏度较低(77%)，但阳性预测值达89.6%。

呼吸监测性能

呼吸成分(FRG)与参考ERB信号的呼吸间隔测量R²达0.964，斜率0.994，误差呈零中心高斯分布。PVDF传感器性能略优，检出率95% vs PZT的93.4%。

这项研究开创性地证明：单点力传感器可替代传统多设备组合，实现心跳间隔(误差<6ms)和呼吸周期(误差<0.5s)的精准监测。其技术价值在于：1)FCG首次整合SCG/PCG的互补信息，通过微分处理(dHF-FCG)获得媲美专业加速度计的心震信号；2)呼吸-心跳耦合分析为睡眠呼吸暂停等疾病研究提供新维度；3)开放数据集将加速AI驱动的心血管算法开发。正如通讯作者Emilio Andreozzi强调，这项成果为"衣服嵌入式"心脏监测设备奠定了技术基础，推动心血管医学进入泛在感知新时代。