基于雷达的吸气-呼气时间比估算：一项验证研究

为何观察呼吸很重要

每一次呼吸，身体都会泄露关于健康的线索。医生通常只计数每分钟的呼吸次数，但每次呼吸的详细时序——吸气与呼气各自持续多长时间——能够更早、更精确地提示肺、心或脑方面的问题。如今，测量这些模式通常需要将导线、胸带或粘贴电极连接到身体上，这可能不舒服、限制活动，并且难以持续多日佩戴。本研究提出了一个简单但有力的问题：能否将一台小型雷达设备悄然放置在床边，在完全不接触病人的情况下，同样跟踪这些复杂的呼吸细节？

一种新的“听”呼吸方式

研究者关注四项关键呼吸指标：呼吸频率（每分钟呼吸次数）、吸气时间、呼气时间以及两者的比值。这个比值，医生称为吸气/呼气比（I:E 比），在重症监护和呼吸机设置中尤为重要，能帮助微调机器对患者肺部的支持。为避免导线和接触式传感器，研究团队使用了一套紧凑的雷达系统，它向胸部发射无害的无线电波，并读取由呼吸引起的微小位移。理论上，这使得系统可以穿过衣物、被褥甚至床垫工作，因此对病房、术后恢复室和临终关怀等场景具有吸引力。

雷达读数如何被验证

为了评估雷达的可信度，团队将其与一种已有的接触式方法——阻抗呼吸描记法进行了比较。该参考系统在胸部贴小电极，通过测量肺部充气和排气时电阻的变化来记录呼吸。三十名健康志愿者静卧在一台特制的倾斜台上，同时由两套设备记录他们的呼吸。随后团队对雷达信号逐步处理：先校正硬件缺陷，再将无线电波的相位变化转换为胸部运动，最后滤波以分离出呼吸的缓慢起伏。从雷达和参考信号中，研究者识别出标记吸气结束和呼气开始的峰谷，从而在多个两分钟时间窗内计算出每个呼吸周期的时序。

无接触方法的表现如何

比较结果显示，雷达表现相当不错。在呼吸频率方面，一致性非常强：超过97%的时间窗内，雷达的估计与参考值的差异在每分钟两次呼吸以内，且几乎没有系统性的高估或低估。更严格的时序指标差异略大，但仍在医学可接受范围内。平均而言，雷达对吸气时间的估计比有线系统略长几百分之一秒，而对呼气时间的估计则稍短一些。吸气与呼气的比值会放大小的时序误差，匹配度最弱，但在绝大多数测量中仍落在预先设定的安全界限内。用于判断两种方法是否可等价替代的高级统计检验也证实，在这四项呼吸指标上，雷达与参考系统在这些界限内实际上是可互换的。

研究尚未证明的方面

像任何精心控制的实验一样，本项工作存在边界条件。所有志愿者均为健康成人，平静静卧、持续时间较短、且处于安静的实验室环境。真实世界的病人经常会移动、咳嗽、说话或经历疼痛与不适，这些都会干扰信号。非常缓慢、浅表或不规则的呼吸所引起的细微胸部运动也可能使雷达更难准确检测每次呼吸的起止，尤其是在运动几乎不可见时。作者指出，需要更先进的数据驱动算法以及在更真实的医院和居家环境中更长时间的记录，才能充分了解该技术在日常临床实践中的表现。

这对病人和护理人员意味着什么

尽管存在这些限制，本研究传递了一个令人鼓舞的信息：一台小型无接触雷达设备不仅能测量呼吸频率，还能测出吸气与呼气所用的时间，其准确性接近一台成熟的有线系统。对病人而言，这可能意味着皮肤上减少设备、活动自由度更高以及更安静、更有尊严的监护——尤其是在缓和医疗、术后恢复和重症监护中。对临床人员而言，它为持续、隐蔽地追踪可能比单纯呼吸计数更早提示问题的细致呼吸模式打开了大门。简言之，基于雷达的监测让我们更接近“隐形”生命体征追踪：在不打扰病人的前提下持续关注他们的状况。

引用: Trần, T.T., Oesten, M., Griesshammer, S.G. et al. Radar-based inspiratory-to-expiratory time ratio estimation: a validation study. Sci Rep 16, 8256 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42517-9

关键词: 呼吸监测, 雷达感应, 呼吸模式, 无接触生命体征, 吸气–呼气比