如果你希望从房间另一端检查某人的心跳，例如远程监测一位年长亲戚的健康状况，你该怎么做？你可能会认为这是不可能的，因为常见的健康监测设备如指尖脉搏血氧仪和智能手表都需要接触身体。
然而，研究人员正在开发可以在不接触身体的情况下监测一个人生命体征的技术。其中一种技术就是雷达。
我们是研究雷达系统的电气工程师。我们将雷达技术的进步与人工智能结合起来，能够可靠地在不接触身体的情况下监测呼吸和心率。
非接触式健康监测比传统方法更加舒适且易于使用，特别是在人们希望在家中监测自己的生命体征时。
雷达的工作原理
雷达通常用于测量汽车速度、天气预报以及检测海空中的障碍物。它通过发射以光速传播的电磁波，等待这些波被路径上的物体反射回来，并在它们返回设备时进行感应。
雷达可以通过分析反射波的特性来判断物体的距离、速度甚至形状。
雷达还可以用来监测呼吸和心率等生命体征。每次呼吸或心跳都会使胸部轻微移动——这种移动很难被人看到或感觉到。然而，今天的雷达已经足够灵敏，即使是从房间的另一端也能检测到这些微小的移动。
雷达的优势
还有其他一些技术可以用于远程监测健康状况。基于摄像头的技术可以使用红外光来监测皮肤表面的变化，类似于脉搏血氧仪的方式，揭示心脏活动的信息。计算机视觉系统也可以监测呼吸和其他活动，如睡眠，并能检测到有人跌倒的情况。
然而，摄像头在身体被毯子或衣物遮挡，或者光线不足的情况下往往会失效。此外，还存在不同肤色反射红外光不同的问题，导致对深色皮肤的人读数不准确。此外，依赖高分辨率摄像头进行长期健康监测也引发了严重的隐私问题。
相比之下，雷达解决了许多这些问题。传输波的波长比可见光或红外光的波长长得多，因此可以穿透毯子、衣物甚至墙壁。测量结果不受光线或肤色的影响，使其在不同条件下更加可靠。
雷达图像的分辨率也非常低——就像老式的Game Boy图形与现代4K电视的区别——因此不会捕捉到足够的细节来识别个人，但仍可以监测重要的活动。虽然它会投射能量，但其频率和功率水平与你口袋里的手机相似，不会对健康构成威胁。
雷达 + 人工智能
雷达功能强大，但也面临一个重大挑战：它会捕捉到所有移动的物体。由于它可以检测到心脏跳动引起的胸部微小移动，也会捕捉到头部、四肢或其他附近人的较大移动。这使得传统的处理技术难以清晰地提取生命体征。
为了解决这个问题，我们创建了一种“大脑”，使雷达变得更智能。这个名为mm-MuRe的大脑是一种神经网络——一种人工智能——可以直接从原始雷达信号中学习并估计胸部的移动。这种方法称为端到端学习。这意味着，与其他雷达加人工智能技术不同，该网络能够自行找出如何忽略噪音并专注于重要信号的方法。
我们发现，这种人工智能增强不仅提供了更准确的结果，而且处理速度也比传统方法更快。它可以同时处理多个人，例如一对老年夫妇，并适应新的情况，甚至是在训练过程中未见过的情况——例如当人们坐在不同的高度、乘车或站得很近时。
对医疗保健的影响
可靠的雷达和人工智能远程健康监测可能对医疗保健产生重大影响。无需接触患者的皮肤，可以大大降低皮疹、污染和不适的风险。在长期护理中，减少电线和设备可以使患者和护理人员的生活变得更加轻松。
想象一下，在疗养院中，雷达静静地监视着居民，一旦有人出现呼吸困难、跌倒或需要帮助，立即提醒护理人员。它甚至可以作为家庭系统，无需穿戴设备即可在你睡觉时检查你的呼吸。医生甚至可以使用雷达远程监测术后恢复或患病患者的状况。
这项技术正迅速走向实际应用。未来，检查健康状况可能只需走进一个房间，无形的波和智能AI就能默默地为你测量生命体征。
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