小希科普 | 生物雷达：肿瘤放疗的“隐形守护神”

导语

自2007年起，希卡立技术团队便率先投身于雷达生命体征探测技术的研发之中，是国内该领域最早的拓荒团队之一。2012年，我们的核心成员率先在美国实现基于生物雷达的呼吸门控/追踪技术突破，成果应用于肺癌的精准放疗临床场景，其研究成果发表于生物医学工程领域国际顶级学术期刊，并获美国发明专利授权。此后，团队核心成员加入谷歌手势雷达项目，作为主要技术人员参与研发全球首颗消费级毫米波雷达芯片。

2020年后，希卡立团队与上海交通大学医学院附属多家三甲医院展开深度合作，首次提出媲美接触式心电的非接触多普勒心动图技术，完成临床验证并发表在微波领域国际顶级学术期刊，此后陆续在睡眠、呼吸、心血管及新生儿等方向持续突破。迄今，希卡立团队已荣获中国电子学会创新团队奖、瑞金医学大赛奖项、国家卫健委竞赛奖项、世界人工智能大会等多项荣誉，我们始终以技术扎根医疗健康，用科技守护健康生活。
为了让大家更了解生物雷达以及希卡立，此后我们会不定期推出“希卡立科普小课堂”专栏，用通俗易懂的语言，逐一介绍希卡立在生物雷达领域取得的小成就，这一期就让我们从肿瘤精准放疗的呼吸门控/追踪开始，深入了解一下希卡立和生物雷达吧！

技术起源

用生物雷达技术监测呼吸、心跳等人体生命体征的概念早在1970年代就已经出现（感兴趣的读者可以检索论文“Noninvasive microwave measurement of respiration” Proc. IEEE, vol. 63, no. 10, pp. 1530–1530, Oct. 1975. 深入了解）。其原理是通过检测心脏和肺部运动引起人体表面的微震动导致的电磁波多普勒信息，来捕捉呼吸、心跳等生命体征信息。从物理原理来说，这与交警使用的测速雷达枪相似——都是通过发射和接收电磁波来检测运动物体。

生物雷达的这种非接触和非侵入特性，在呼吸监测、心律监测等应用场景已经开始被国内的“智慧养老、智慧医疗”企业和机构落地应用。生物波雷达的应用场景远不止如此，比如在严肃医疗领域就有一项重要应用：可以作为“肿瘤放疗中的隐形守护神”的“呼吸门控/追踪”技术。

肿瘤放疗的难题

放疗作为癌症主要治疗手段之一，使用电离辐射来控制或杀死肿瘤细胞。医学界已经开发出如调强放疗等先进技术，能够向静态肿瘤靶区提供高度适形的辐射剂量。然而对肺癌、肝癌等胸部癌症患者来说，呼吸运动是放疗过程中的一大挑战，因为肿瘤会随着呼吸移动2-3厘米，为了解决这个问题，传统治疗方式会采用更宽的射线，但会因此照射到周围没有癌变的健康组织，不仅降低了放疗的效果，还可能损害周围的健康组织。

生物雷达黑科技

目前的肿瘤临床放疗中，常用的监测患者呼吸的方法主要有两种：

内部标记法：将金属标记物植入肿瘤部位；缺点是侵入式操作，可能导致气胸等严重风险。
外部监测法：使用红外反射标记、呼吸带等设备；缺点是只能测量单点数据，精度不足，患者有不适感。

有别于缺点明显的传统放疗方式，希卡立团队利用生物雷达技术，创造性地提出了两种高精度的且非接触、无标记的呼吸监测方案：

呼吸门控：在运动自适应放疗中，只有当肿瘤移动到特定位置时才开启辐射。

呼吸追踪：动态调整辐射束，实时跟踪肿瘤运动。

希卡立提出的这两种放疗方案，其治疗流程大致分为四步：

呼吸训练：指导患者规律呼吸，建立呼吸模式
定位阶段：获取肿瘤运动范围和轨迹的参数（如StepI）
计划设计：基于呼吸相位调整剂量分布，优化射线参数
治疗执行：呼吸门控或肿瘤追踪放疗 （如StepII）

同时毫米波生物雷达还具有显著的优势：

舒适安全：输出功率仅约1毫瓦，比手机峰值功率低2000倍
精准监测：直接测量胸骨和肌肉的周期性运动，与肺部肿瘤运动相关性更好
强穿透性：对衣物和胸毛不敏感，适应各种临床环境

为了实现更准确的监测，希卡立团队研发出直流耦合技术，通过创新的射频粗调和基带细调架构，实现精准捕捉“呼吸节律信息”，不仅仅能获得呼吸频率，还能生成曲线波形，即“呼吸律”。

上述研究在美国西南癌症治疗与研究中心（Southwest Cancer Treatment and Research Center）进行了临床评估。实验结果显示：生物雷达监测与临床上使用的传统RPM系统（红外相机追踪）结果高度一致；生物雷达系统不受高强度辐射束干扰；可实现无线数据传输，医护人员可在治疗室外远程监控；这意味着我们的技术完全兼容临床放疗环境，能够在实际治疗过程中可靠工作。

美国西南癌症治疗与研究中心

希卡立团队成员该项研究成果形成的论文《From Tumor Targeting to Speech Monitoring》、《Accurate Respiration Measurement UsingDC-Coupled ContinuDus-Wave Radar Sensor for Motion-Adaptiye Cancer Radiotherapy》分别发表在《IEEE microwave magazine》《IEEE TRANSACTIONS ON BIOMEDICAL ENGINEERING》等国际顶级学术期刊上，并取得了美国发明专利授权（US9314648）；论文发表十年后的2022年，联影医疗基于类似的技术思路，落地了增强成像的CT机产品。

未来已来

毫米波生物雷达技术正在悄然改变医疗监测的格局。无需接触、无感测量的特性让长期、连续的健康监测成为可能，特别适合呼吸、心血管疾病患者、老年人以及婴幼儿等特殊群体。

希卡立团队将持续深耕这一领域，致力于将先进的雷达传感技术转化为实用的医疗解决方案，为人类健康保驾护航。我们始终相信：科技不是为了炫技，而是为了温暖人心；技术终将让生活更美好，让健康更触手可及。