Измерение времени прохождения пульсовой волны в нескольких точках с помощью mmWave-радара на базе ИИ

Почему важно следить за пульсом

Проблемы с сердцем и сосудами часто развиваются тихо в течение многих лет. Врачи знают, что «жесткость» артерий и кровяное давление дают важные подсказки о риске инфаркта, инсульта и других заболеваний. В этом исследовании изучают способ отслеживать эти признаки без манжет, проводов и даже без прикосновения к коже — компактный радар и искусственный интеллект фиксируют крошечные движения тела, вызванные каждым ударом сердца.

Новый способ «слушать» сердцебиение

Каждый раз, когда сердце сокращается, по артериям распространяется волна давления, подобно рябям по шлангу. Время, за которое эта волна проходит между двумя точками — время прохождения пульсовой волны — отражает, насколько сосуды жесткие или эластичные, и связано с диастолическим давлением (давлением в момент расслабления сердца). Сегодня это обычно измеряют контактными датчиками или надувными манжетами, которые могут быть некомфортными и неудобными для дленного ношения. Исследователи поставили задачу выяснить, сможет ли один небольшой миллиметроволновый радар фиксировать эти пульсовые волны в нескольких точках верхней части тела, не касаясь человека.

Как радар видит невидимые движения

Прототип команды под названием PolyPulse размещается под столом под запястьем сидящего человека. Он посылает радиоволны очень высокой частоты, которые отражаются от тела и возвращаются в устройство. Поскольку каждое сердцебиение заставляет грудь, шею, голову и запястье двигаться на крошечные величины — лишь десятки микрометров, — возвращающиеся волны несут слабый, но регулярный сигнал. С помощью формирования луча радар наводится на четыре конкретных области: верхушку сердца в груди, сосцевидную область за ухом, сонную артерию на шее и лучевую артерию на запястье. Тонкие временные различия появления пульса в этих четырех точках показывают, как быстро он распространяется по трем путям: от сердца до запястья, от сердца до шеи и от головы до запястья.

Обучение ИИ находить пульс

Преобразовать сырые эхо-данные радара в полезные показатели непросто. Сигналы дыхания, небольших движений и отражения от объектов поблизости легко заглушают крошечные пульсовые колебания, особенно в узких артериях вроде запястья. Чтобы справиться с этим, исследователи разработали глубокую нейронную сеть, которая обрабатывает как амплитуду, так и фазу радарных сигналов от множества соседних лучей вокруг каждой области тела. Сначала этап обработки сигналов ранжирует лучи по тому, насколько ясно в них виден повторяющийся паттерн сердцебиения. Затем нейросеть учится выделять ключевые ориентиры в формах сигналов, такие как момент открытия главного клапана сердца или первая нарастающая фаза пульса на запястье и шее. Выровняв эти ориентиры по ударам во всех четырех точках, система оценивает времена прохождения пульсовой волны и, после простой индивидуальной калибровки, диастолическое кровяное давление.

Проверка системы в работе

Команда оценивала PolyPulse в исследовании с участием 47 взрослых людей разного возраста, телосложения и анамнеза, включая некоторых с повышенным давлением, фибрилляцией предсердий или другими сердечными заболеваниями. Участники сидели прямо за столом с обычными контактными датчиками на груди, шее, голове и запястье, пока радар записывал данные снизу. Чтобы вызвать естественные колебания времени прохождения пульсовой волны и кровяного давления, добровольцы чередовали периоды покоя с ездой на стационарном велотренажере при продолжении измерений. В ходе сотен сеансов времена прохождения, полученные радаром, тесно соответствовали контактным измерениям по всем трем путям, с типичными ошибками всего в несколько миллисекунд. Когда эти времена переводили в диастолическое давление с помощью простой регрессионной модели, настроенной для каждого человека, оценки радара соответствовали международным рекомендациям для неинвазивных приборов измерения давления: средняя ошибка была менее одного миллиметра ртутного столба при умеренной вариабельности.

Устойчивость и ограничения в повседневных условиях

Помимо базовой точности, исследователи проверили, как система ведет себя при реальных вариациях. Они меняли расстояние и наклон радара, добавляли слои одежды, просили участника разговаривать, работать мышью или ерзать, испытывали устройство в разных помещениях и повторяли измерения через год. Ошибки в целом оставались в пределах нескольких миллисекунд для времени пульса и примерно до 5 мм рт.ст. для диастолического давления, даже через одежду и в разных помещениях, хотя сильные движения тела всё ещё могли искажать показания. Метод также показал похожую работу в группах, разделённых по возрасту, росту, индексу массы тела, полу и наличию или отсутствию сердечно-сосудистых заболеваний, хотя число участников с диагностированными состояниями было невелико.

Что это может значить для здоровья сердца

Для неспециалиста главный вывод таков: радар размером с коробку для обуви и умное ПО могут одновременно отслеживать, как пульсовые волны проходят через тело в нескольких точках, без манжет или липких пластырей, и восстанавливать информацию, которая хорошо согласуется со стандартными показателями жесткости сосудов и диастолического давления. Хотя это раннее лабораторное исследование и ещё не потребительское устройство для дома, оно дает представление о будущем, в котором люди, подверженные риску заболеваний сердца и сосудов, смогут отслеживать тонкие изменения в состоянии сердечно-сосудистой системы, просто сидя рядом с незаметным сенсором в своей гостиной.

Цитирование: Zhu, J., Yuan, K., Prabhakara, A. et al. Measuring multi-site pulse transit time with an AI-enabled mmWave radar. Nat Commun 17, 4554 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-73453-x

Ключевые слова: время прохождения пульсовой волны, ммWave-радар, бесконтный мониторинг, оценка кровяного давления, сердечно-сосудистое здоровье