- 院外急救告別 “憑感覺”!FMCW 雷達技術讓 CPR 按壓有了 “精準標尺”
- 來源:賽斯維傳感器網 發表于 2025/9/24
“按得再深一點!”“別太用力,小心壓斷肋骨!” 在院外心臟驟停(OHCA)的急救現場,這樣的呼喊常因缺乏客觀標準而顯得蒼白。心肺復蘇(CPR)的按壓深度是決定救治效果的核心指標,但傳統監測方式要么依賴專業設備,要么需要接觸身體,讓多數路人施救時只能 “憑感覺”,導致約 70% 的院外 CPR 深度不達標,錯過最佳救治時機。
近日,韓國西江大學與首爾國立大學醫學院的聯合團隊,在《Sensors》期刊(2025 年第 25 卷第 5947 期)發表研究,推出基于 FMCW 雷達的非接觸式 CPR 深度監測技術。這項技術就像一把 “無形的精準標尺”,無需接觸患者或施救者,就能實時測量按壓深度,為院外急救提供了客觀、可靠的判斷依據。
這項技術的誕生,源于對傳統監測方案痛點的精準破解。此前,臨床上常用的雙加速度傳感器需要固定在患者胸部,通過兩次積分計算位移,但容易積累誤差;智能手機雖能通過內置傳感器監測,卻需夾在施救者手部與患者胸部之間,不僅影響按壓力度,還會因施救者輪換導致數據中斷 —— 院外 CPR 通常需要 2-3 人輪換防疲勞,傳統設備輪換時重新放置的過程,會造成 10-20 秒的監測空白,而這段時間對心臟驟停患者可能至關重要。
FMCW 雷達技術則完全規避了這些問題。研究團隊在實驗中,將雷達分別放置在三個典型位置:患者胸部正上方、身體側面、頭部附近,模擬院外急救中可能的擺放場景。結果顯示,即使雷達不直接對著胸部,也能通過捕捉微多普勒信號實現精準監測。其中,胸部正上方的監測效果最好,深度估計的均方根誤差(RMSE)僅 0.407 厘米;側面和頭部位置的 RMSE 分別為 0.448 厘米、0.489 厘米,均遠低于臨床可接受的誤差范圍。
為了讓雷達 “看懂” 胸部運動,團隊還解決了信號處理的關鍵難題。傳統的信號分析方法,比如短時傅里葉變換(STFT),在處理快速變化的胸部運動時,會出現 “要么看不清楚時間變化,要么看不清楚頻率細節” 的問題,導致運動圖譜模糊。而團隊采用的維格納 - 威利分布(WVD)技術,能同時清晰捕捉時間和頻率的變化,生成的運動圖譜能準確區分按壓的 “下壓” 和 “回彈” 階段,讓后續的 DCNN 模型能精準提取特征。
實驗過程嚴格遵循臨床研究規范,經首爾國立大學醫院倫理委員會批準(IRB 編號:2207-157-1344)。團隊使用 Resusci Anne QCPR 人體模型(模擬成人胸部的彈性和解剖結構),招募 8 名無急救經驗的普通人作為受試者,模擬路人施救場景。受試者需按照 3 種按壓速率(90、100、110 次 / 分鐘)、4 種按壓深度(3、4、5、6 厘米),在 3 種雷達位置下完成 36 組測試,每組持續 30 秒。測試中,通過 SimPad 設備實時顯示參考深度,確保實驗數據的可靠性。
從實驗結果來看,這項技術不僅精度高,還具備極強的 “場景適應性”。當雷達位置從胸部正上方移到側面時,雖然信號強度會有所減弱,但 DCNN 模型能通過學習不同角度的信號特征,自動修正誤差;即使在按壓速率變化時,比如從 90 次 / 分鐘加快到 110 次 / 分鐘,模型的誤差波動也能控制在 0.1 厘米以內,不會像傳統回歸模型那樣出現明顯偏差。
研究團隊表示,這項技術的下一步目標,是推動它與急救體系的深度融合。比如,將雷達模塊集成到急救包、自動體外除顫儀(AED)中,甚至與智能監控攝像頭結合,在公共場所出現心臟驟停事件時,系統能自動識別 CPR 動作并開啟深度監測,通過語音提示指導施救者調整力度。
對于普通大眾而言,這項技術的意義在于,它讓 “專業級的 CPR 監測” 變得觸手可及。未來,隨著技術進一步簡化,或許只需通過手機 APP 就能調用雷達功能,讓每個人在緊急時刻都能自信地開展精準 CPR,為心臟驟停患者多爭取一分生存希望。
Choi, I.; Lee, S.G.W.; Kong, H.-J.; Hong, K.J.; Kim, Y. Estimation of Compression Depth During CPR Using FMCW Radar with Deep Convolutional Neural Network. Sensors 2025, 25, 5947.
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