上海交大團隊再次突破，毫米波雷達智能健康監(jiān)測設(shè)備走入國際一線行列

電子發(fā)燒友網(wǎng)報道（文/黃山明）新能源汽車在近幾年的迅猛發(fā)展，也讓毫米波雷達這項技術(shù)被廣為人知。但除了應(yīng)用在汽車領(lǐng)域外，如導(dǎo)彈制導(dǎo)、無人機控制、智能家居等領(lǐng)域中都大有作為。以智能家居為例，由于毫米波雷達本身具有高分辨率、高靈敏度、抗干擾等優(yōu)點，可以實現(xiàn)對人體的微動檢測和靜態(tài)檢測，從而應(yīng)用在照明、家電、養(yǎng)老、健康監(jiān)測等方面。

不過目前毫米波雷達產(chǎn)品的商業(yè)化應(yīng)用仍處于探索階段，國內(nèi)外尚無完全成熟的產(chǎn)品，這也意味著在這一領(lǐng)域中仍存在巨大的商業(yè)機會。近期，國內(nèi)一支高校團隊在毫米波雷達智能設(shè)備應(yīng)用上有了新的突破，電子發(fā)燒友網(wǎng)也有幸再次采訪到了這家上海交通大學(xué)的科研團隊。

讓毫米波雷達技術(shù)真正落地

在毫米波雷達市場應(yīng)用的探索上，由上海交通大學(xué)副教授、博士生導(dǎo)師顧昌展所帶領(lǐng)的團隊一直走在行業(yè)的前列。據(jù)顧昌展透露，目前在日常生活中，毫米波雷達主要被應(yīng)用在智能家居中的存在感知。然而，在未被充分覆蓋的大健康領(lǐng)域，如嬰兒監(jiān)測、睡眠監(jiān)測、老人健康監(jiān)測等方面也大有可為。

由于毫米波雷達不成像，因此對于保護隱私十分友好，相比攝像頭方案更加適合在臥室、浴室等隱私區(qū)域裝配。另外，毫米波的監(jiān)測無需接觸，相比當下火熱的智能手環(huán)更加方便，避免了皮膚敏感、不習(xí)慣等固有痛點，另外也不像手環(huán)一樣需要定期充電。

基于這些優(yōu)勢，顧昌展認為毫米波技術(shù)尤其適用于長時間的靜息監(jiān)測，可以適用于針對老人、睡眠問題者、嬰兒的夜間睡眠過程監(jiān)測。

由于涉及到健康監(jiān)測，為了更準確的感知人體狀態(tài)，顧昌展團隊做了詳盡的準備。據(jù)了解，該團隊是國內(nèi)極少數(shù)同時具備毫米波感知數(shù)據(jù)“獲?。姶挪ǎ焙汀疤幚恚ㄖ悄芩惴ǎ蹦芰Φ募夹g(shù)團隊，具有完全自研的硬件架構(gòu)系統(tǒng)，能夠?qū)崿F(xiàn)微米級監(jiān)測精度，同時消除了普遍存在的近距盲區(qū)問題，從信息“獲取”即硬件底層保證了監(jiān)測的精度，因而能夠?qū)崿F(xiàn)最高的監(jiān)測精度。

同時，團隊獨創(chuàng)的感知硬件平臺和處理算法能夠精確地將呼吸和心跳運動區(qū)分開來，從而得到呼吸節(jié)律、呼吸暫停、心跳節(jié)律、R-R間期、心跳變異性等數(shù)據(jù)維度，實現(xiàn)高精度監(jiān)測。以心跳節(jié)律為例，在某次手術(shù)中，與接觸式十二導(dǎo)聯(lián)心電圖對比，團隊所檢測到的兩次心跳間隔的時間“R-R間期”的誤差率僅在0.38%。

為了更精準的對數(shù)據(jù)進行分析，該團隊開發(fā)了自己的AI模型。他們從2017年起就和交大附屬的醫(yī)院合作，采集帶有醫(yī)生標注的醫(yī)療級數(shù)據(jù)，與毫米波數(shù)據(jù)聯(lián)合輸入AI模型，已實現(xiàn)對系列心肺慢病的篩查和識別，以及成熟的睡眠分期算法模型。以嬰兒呼吸暫停監(jiān)測為例，通過毫米波采集的數(shù)據(jù)聯(lián)合AI機器學(xué)習(xí)，目前監(jiān)測嬰兒呼吸暫停事件的精度已經(jīng)達到95%以上?？梢钥吹?，毫米波雷達的準確度已經(jīng)具備實用基礎(chǔ)。


另一方面，由于毫米波雷達在商業(yè)化應(yīng)用上國內(nèi)外均處于探索階段，目前所推出的產(chǎn)品也大多不太成熟。從毫米波技術(shù)上來看，目前顧昌展教授所帶領(lǐng)的團隊已處于領(lǐng)先地位，并已經(jīng)在高端養(yǎng)老院、醫(yī)院進行裝載測試，有望真正實現(xiàn)毫米波雷達的商用化落地。

毫米波雷達商用化的突破

當然，想要實現(xiàn)毫米波雷達的真正商業(yè)化，還有不少的問題需要解決，特別是毫米波雷達在智能設(shè)備中的應(yīng)用屬于新的嘗試，沒有成熟案例可供參考，因此所有遇到的問題都需要自己解決。

顧昌展表示，想要實現(xiàn)商業(yè)化，還存在著諸多難點。硬件上，目前市面上還沒有成熟的針對生命體征的毫米波芯片，因此需要毫米波雷達玩家擁有較強的硬件設(shè)計能力，依賴于商用芯片參考設(shè)計方案很難達到健康監(jiān)測需要的數(shù)據(jù)精度；算法上，在明確使用場景后，需要同時采集大量毫米波數(shù)據(jù)和有醫(yī)療級金標準標注的高質(zhì)量數(shù)據(jù)來訓(xùn)練信號處理模型，這個過程需要長年累月和醫(yī)生的深入合作，只有這樣才能讓算法對采集到的數(shù)據(jù)進行準確的判斷，輸出對用戶有用的結(jié)論。

而在產(chǎn)品的實際應(yīng)用上，該團隊透露，合作方與終端消費者的主要訴求集中在幾個方面。比如增加測量參數(shù)（提供呼吸暫停監(jiān)測功能、心肺疾病預(yù)警功能、睡眠報告功能等）、保證數(shù)據(jù)質(zhì)量穩(wěn)定（需要不同睡姿都可以精確監(jiān)測、數(shù)據(jù)可比擬金標準[1]）、提供后續(xù)方案（助眠方案、呼吸暫停趨勢追蹤和后續(xù)醫(yī)療建議等）。

針對以上這些問題，該團隊也在積極改進。硬件方面，由于消費級毫米波是比較新的應(yīng)用，目前市面上現(xiàn)存的硬件并不如車載毫米波那樣成熟，仍然有很多迭代的空間。為此，該團隊自研了毫米波硬件系統(tǒng)，解決了近距盲區(qū)、收發(fā)干擾、近距雜散等技術(shù)難題，在業(yè)內(nèi)首次實現(xiàn)了微米級的監(jiān)測精度。

算法方面，他們一方面與多家上海交大附屬三甲醫(yī)院合作，收集近萬小時帶有醫(yī)生標注的醫(yī)療級金標準數(shù)據(jù)，并將其與毫米波數(shù)據(jù)一同輸入AI模型進行聯(lián)合訓(xùn)練，大幅提高了訓(xùn)練精確度。



因為毫米波進行健康監(jiān)測的本質(zhì)是監(jiān)測身體表面的起伏，為了獲得更高質(zhì)量的信號，他們開發(fā)了beam forming功能，通過毫米波掃描身體，精準定位到生命體征信號最強的位置并針對性發(fā)射毫米波，從而提取到最高質(zhì)量的體征信息，在準度上實現(xiàn)了躍升。此外，該團隊通過獨創(chuàng)的算法能夠?qū)⒂尚奶秃粑a(chǎn)生的胸腔起伏區(qū)分開來，從而獲得精確的呼吸節(jié)律、心律，以及更進一步的呼吸、心跳細節(jié)數(shù)據(jù)，比如心率變異性、呼吸暫停等?；谶@些數(shù)據(jù)做進一步分析，目前已經(jīng)實現(xiàn)了對嬰兒的呼吸暫停監(jiān)測、對成年人的睡眠分析、對老人的心肺疾病監(jiān)測。

軟硬件上的突破，讓毫米波雷達技術(shù)真正應(yīng)用在智能家居、健康監(jiān)測等場景的可能性又向前邁了一大步。顧昌展表示，團隊目前已經(jīng)具備成熟的硬件和生命體征探測智能算法，未來一方面將繼續(xù)收集醫(yī)療級大數(shù)據(jù)訓(xùn)練AI模型，挖掘監(jiān)測數(shù)據(jù)更多價值；另一方面將與后續(xù)配套解決方案廠商（如養(yǎng)老服務(wù)提供商、嬰兒監(jiān)測器、睡眠家具公司等）合作，為消費者輸出完整的消費級產(chǎn)品。

為了更好的將產(chǎn)品落地，該團隊也在最近注冊了商業(yè)化公司——?？?a href="http://www.wenjunhu.com/v/" target="_blank">科技，希望通過商業(yè)的力量助推產(chǎn)品從實驗室走向萬千消費者的家中。在2023年1月剛結(jié)束的美國消費電子展CES上，他們?nèi)蛞彩装l(fā)了健康監(jiān)測產(chǎn)品，受到了海內(nèi)外經(jīng)銷商的廣泛關(guān)注。