2023年12月13日，民政部发布《2022年度国家老龄事业发展公报》[1]。如图1中的数据显示，截至2022年末，全国60周岁及以上老年人口为28004万人，占总人口的19.8%；全国65周岁及以上老年人口为20978万人，占总人口的14.9%。这标志着我国已经进入了中度老龄化社会。此外，在全世界范围内，65岁以上人口的比例也正在持续增加。人口老龄化的挑战正在推动新的医疗保健服务，从传统的以医院为基础的系统，即在受控的环境中对患者的严重健康状况进行治疗或监测，发展到更以人为中心的方法，即通过现代技术在家中远程观察患者。这种以家庭为中心的医疗模式可以提高患有帕金森氏症、痴呆症、癫痫、发作性睡病和多发性硬化症等慢性疾病的不同患者的生活质量，并通过最大限度地减少对日常生活和生活方式的干扰，使他们活得更长、更好。此外，为越来越多的老年人提供传统水平的医院医疗保健对家庭和公共当局来说是不可行的，因此需要找到基于新兴技术的具有成本效益和可靠的解决方案。图1 2012年—2022年全国65周岁及以上人口数量及占全国总人口比重
当前研究人员已经提出了许多用于病患人员监测的技术，摄像头监控的方式依赖光线，需要受监测对象保持在视线范围内，在私人空间（如卫生间和卧室）使用时可能引发隐私顾虑[2]。声学传感器、压力传感器以及被动式红外传感器等环境传感器易受环境干扰（声学噪声或热源红外线），并且在家庭环境中改装昂贵。此外，包含加速度计、陀螺仪以及磁力计的可穿戴设备也可以用于监测日常活动和健康参数，但由于必须让受监测对象佩戴或携带，存在不易被接受、不舒适等问题。射频感知[3]（RF sensing）是一种利用无线电信号来检测和分析环境中的物体或现象的技术。通过发送射频信号并分析这些信号与物体相互作用后的反射、衰减或变化，射频感知系统能够识别物体的存在、位置、运动、甚至某些材料的性质。近年来，人们已经开始考虑在医疗监测中使用射频感知技术，如图2所示，原因是它具有非接触式监测功能(即无需用户佩戴或携带设备，也不需要改变他们的日常生活，并且可以利用现有的通信信号和基础设施，如普通WiFi路由器。
图2 基于射频信号的健康监测应用示意图
基于射频信号的人员监测大致流程主要是发射无线电波并接收由人体反射回来的信号，这些信号会因人体的运动、呼吸和其他生理活动而产生微小变化；通过专门的算法分析这些变化，系统可以识别和监测个体的位置、移动速度、甚至是生命体征，如心跳和呼吸频率，从而实现对人员的实时监测而无需物理接触或佩戴任何传感器，其流程示意如图3所示[4]。当前在医疗健康范围内的应用主要有以下四类：1) 人员存在感知：根据人员体动参数特征，进行人员存在性检测。适用于判断室内有无人，确认家庭、酒店、民宿等房间人员情况。同时，联动电灯、空调、空净、水及煤气阀门等开关，实现家居智能与安全；2) 呼吸心跳监测：人员呼吸/心跳所引起的肌肤扩张运动，会造成雷达回波参数改变；常见是基于回波信号瞬时相位的波动，反演呼吸/心率参数。利用呼吸心跳的数据可以判断出呼吸心跳指标/身体状态是否异常，进行睡眠质量评估；慢性病评估等。适用于医疗机构病人监护、大健康/养老行业看护、慢性病数据采集、驾驶员等危险工位操作人员身体状态监测等。3) 睡眠质量监测：通过非接触方式探测人员体表微运动，基于人体生理参数（呼吸频率）及运动参数（体动次数），判断出睡眠时长、辗转次数、呼吸暂停次数、呼吸频率是否异常等，综合评估当前睡眠状态、睡眠质量，以及是否生理异常。适用于婴幼儿/老人睡眠监测、呼吸暂停综合征等慢性疾病监测、睡眠障碍人员监测等。人员跌倒检测：跌倒时，人体相对射频信号的瞬时速度、位置参数与其它动作有明显差异，可以通过模式识别等方法实时探测指定区域内人员运动特征，构建特征参数集，实现跌倒检测。适用于浴室、医院监测区域、特殊工作环境等，确认区域内老人、小孩、患者、工作人员等安全情况。图3 射频感知流程示意图
当前最常用的射频感知技术主要包含三类，分别是RADAR、WiFi技术、RFID技术。首先，RADAR是RAdio Detection And Ranging的缩写，一个最简单的雷达系统架构包括一个发射电磁信号的发射器、用于发送和接收的天线（同一天线可以用于发送和接收）、一个接收器，以及一个处理器，后者执行数据分析以识别感兴趣的对象的属性。从发射器辐射出的无线电波被对象反向散射，提供关于距离、速度、轨迹和对象身份的信息。可以通过多普勒效应（即，测量雷达信号载频上的整体频移）来估计物体的速度。通过分析它们的微多普勒特征，即物体振动或旋转部分引起的反向散射雷达信号上的小调制模式，可以推断出目标的身份。在特定的人员监测情况下，微多普勒特征与人在移动时躯干、四肢和头部的振荡模式相关。这些模式对个体和特定活动来说是非常细粒度的；因此，它们是非常适合作为呼吸、心跳等生理信号监测的射频设备。其次，对于WiFi而言，其在医疗健康领域的应用依赖于通过WiFi信号捕捉人体活动导致的无线信道状态信息（CSI）变化，如振幅、相位和频率的微小变动，这些信号的细微差异通过高级的信号处理技术进行分析，以机器学习算法为基础，能够识别和区分不同的生理活动和行为模式，例如监测病人的行走、跌倒、呼吸和心跳等；利用现有的WiFi基础设施和正交频分复用（OFDM）通信技术，可以实现高精度和低成本的监测，且由于其非接触性质，既减少了对患者日常生活的干扰，又降低了交叉感染的风险，同时保护了患者的隐私，这些特点使得WiFi射频感知技术在远程健康监测、病人安全、居家护理和疾病预防等多个医疗健康场景中展现出广泛的应用前景。最后，对于RFID而言，除了与WiFi类似的通过信号特征分析来监测和识别复杂的人体行为或生理活动以外，RFID射频感知技术在医疗健康领域的应用主要围绕其独特的标识识别能力展开。通过无线电波自动识别并追踪带有RFID标签的物品或人员，这项技术被广泛用于患者身份验证、药物追踪、医疗设备管理以及供应链优化，它可以有效地减少医疗错误，提高医院运营效率，RFID标签的部署使得对患者的实时定位和监控成为可能，同时确保了关键医疗器械的即时可用性和防止假冒伪劣产品的风险；此外，RFID还可以辅助在手术工具管理、血液样本追踪以及感染控制等环节中，通过与患者和医疗记录系统的无缝集成，RFID技术提供了一个高度自动化和精确的方式来支持医疗保健行业的日常操作。随着人口老龄化问题以及人们对于健康的迫切需求，当前射频感知技术在医疗健康领域正在蓬勃地发展。但是，其在广泛应用中仍面临以下三个方面的挑战：1) 感知的准确性与可靠性：射频感知系统需要在各种环境下保持高精度和可靠性，但实际应用中，信号受到多径效应、干扰和遮挡的影响很大。例如，WiFi信号在穿透和反射人体组织时可能会产生不确定的变化，RFID标签的读取性能受周围环境影响较大，毫米波信号虽然分辨率高，但受到材料和天气等因素的限制。确保系统在复杂的医疗环境中能够提供准确、一致的数据是一大挑战。2) 数据隐私与安全：射频感知技术搜集的数据往往涉及个人隐私，如患者的健康状况、日常活动等信息。如何确保这些数据的安全和隐私，防止未经授权的访问和数据泄露，是一个重要问题。建立严格的数据保护措施和遵守相关的法律法规，对于促进技术的接受度和实际部署至关重要。用户接受度：尽管射频感知技术提供了无接触和侵入性最小的监测方式，但患者和医疗专业人员对新技术的接受度可能有限。对于一些人来说，持续的监测可能会引起隐私和安全的担忧。此外，改变现有的工作流程来适应新技术也可能遇到阻力。本文讨论了射频感知在医疗健康领域中的应用。随着全球人口老龄化的趋势，开发既经济又有效的远程生理信息监控系统变得越来越重要。本文主要介绍了雷达、WiFi和RFID三种射频感知技术，它们提供一种非入侵式、低成本且稳健的解决方案，能够在不扰乱监测对象日常生活的情况下持续监测他们的活动。随后，我们对当前研究现存的一些挑战进行简要地分析，我们相信这些挑战将逐步克服，使得射频感知技术在提高医疗服务质量和效率方面的应用前景越来越广阔。[1]. 民政部：截至2022年末，全国60周岁及以上老年人口28004万人 (baidu.com).
[2]. 黄凯奇, et al. "智能视频监控技术综述." 计算机学报 38.6 (2015): 1093-1118.
[3]. Zheng, Tianyue, et al. "Enhancing RF sensing with deep learning: A layered approach." IEEE Communications Magazine 59.2 (2021): 70-76.
[4]. Xiao, Jiang, et al. "A survey on wireless device-free human sensing: Application scenarios, current solutions, and open issues." ACM Computing Surveys 55.5 (2022): 1-35.
[5]. Shah, Syed Aziz, and Francesco Fioranelli. "RF sensing technologies for assisted daily living in healthcare: A comprehensive review." IEEE Aerospace and Electronic Systems Magazine 34.11 (2019): 26-44.
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