Page 42 - 《中国医疗器械杂志》2026年第2期

Chinese Journal of Medical Instrumentation 2026年 第50卷 第2期

研 究 与 论 著

1.3 分析方法 近1，表明雷达信号与EOG信号在该频率分量上具
本研究分别从时域和频域对雷达信号与参考 有越强的相关性及相位稳定性。
EOG信号进行定量对比分析。在模拟眼动实验中，
2 结果
通过分析3种典型眼动模式（NEM、SEM、REM）
的同步数据，评估生物雷达的基本检测性能。在真 2.1 模拟眼动实验结果
实睡眠实验中，研究人员基于PSG系统自动分期结 生物雷达检测到的3种模拟眼动信号如图5所
果，选取R期、LS期与DS期中的典型眼动事件， 示，其中REM信号呈现出周期性的瞬态脉冲特
分析雷达信号与同步EOG信号的一致性，并比较不
征，SEM信号表现为较规整的类正弦振荡，NEM
同阶段眼动信号的时域与频域特征。
信号维持在低幅波动状态，三者均与同步采集的
1.3.1 时域分析
EOG参考信号保持一致。在此基础上，对具有明确
时域分析采用互相关函数（cross-correlation 周期特性的REM与SEM信号进行FFT计算得到的频
function, CCF）作为核心指标，评估生物雷达检测 谱如图6所示，其中REM信号的频谱能量集中分布
眼动信号与EOG参考信号在时间序列上的波形相似
于0.5 Hz附近的主峰区域，而SEM信号则在0.2 Hz
性及时间对齐关系：
附近表现出显著的能量集中，均与模拟实验中设计
N
∑
(x(t)−µ x )(y(t +τ)−µ y ) 的引导频率一致。
t=1
N N EOG
R xy (τ) = ∑ ∑ (2) 1.0
(x(t)−µ x ) 2 (y(t)−µ y ) 2 0.8 Radar
t=1 t=1
式中： x(t)、 y(t)分别为雷达信号和EOG信号； , 幅度 0.6
µ x µ y
分别为两路信号的均值； τ为时间延迟。通过计算 0.4
0.2
不同 τ下的 R(τ)值，可以找到使两信号相似度最大
0 5 10 15 20 25 30
的延迟量 τ max ，并得到对应的最大互相关系数 R max 。
时间/s
R max 的值越接近1，表明两信号在最佳时间对齐状 (a) REM 事件时域波形
态下的波形相似度越高； τ max 则反映了两路信号采 (a) Time-domain waveform of REM event
集系统间的相对延迟特性。通过分析最大互相关系 1.0 EOG
0.8 Radar
数 R max 及其对应延迟 τ max 可以对时域相关性进行评估。 0.6
1.3.2 频域分析 幅度 0.4
频域分析采用主频率偏差与幅度谱相干性作为 0.2
核心指标，评估生物雷达检测的眼动信号频谱与 0 5 10 15 20 25 30
EOG参考信号频谱在频率成分上的一致性。考虑到 时间/s
(b) SEM 事件时域波形
NEM状态缺乏主导性的周期特征，频域分析主要 (b) Time-domain waveform of SEM event
针对具有明确周期特性的眼动模式，重点分析 1.0 EOG
SEM与REM事件，主要采用以下指标。 0.8 Radar
1）主频率偏差 ∆f 幅度 0.6
0.4
计算雷达信号 x(t)与EOG信号 y(t)经FFT变换 0.2
后，频谱 X ( f)和 Y ( f)的主导频率分量绝对差异值，
0 5 10 15 20 25 30
用于量化两类信号在核心振荡频率上的对齐精度： 时间/s
(c) NEM 事件时域波形

∆ f = argmax|X ( f)|−argmax|Y ( f)| (3) (c) Time-domain waveform of NEM event
2）幅度谱相干性 C xy ( f) 图5 3种模拟眼动事件的生物雷达检测信号与EOG信号波形
计算雷达信号 x(t)与EOG信号 y(t)经分段加窗 Fig.5 Waveforms of bioradar detection signals and EOG signals for
three simulated eye movement events
FFT变换后的幅度谱相干系数 C xy ( f)，用于量化两
1.0
类信号在不同频率分量上的相位相关性： 0.8 EOG
Radar
∑ 0.6

∗ 幅度 0.4
k
X k ( f)Y ( f)
k
C xy ( f) = √ (4) 0.2
2
∑ ∑
|X k ( f)| |Y k ( f)| 2 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 3.0 3.5 4.0 4.5 5.0
k k
频率/Hz
式中： X k ( f)、 Y k ( f)为第k段信号的傅里叶变换，* (a) REM 事件频谱
表示共轭； C xy ( f)的值为0~1，在特定频率 处越接 (a) Frequency spectrum of REM event
f
156
幅度
频率
事件频谱