【所屬領(lǐng)域】
生命健康、醫(yī)工裝備
【痛點問題】
呼吸是最基本生命活動。在危重、高齡病人，以及應(yīng)急救援、養(yǎng)老照護等環(huán)境下，呼吸狀態(tài)的快速評估與持續(xù)預警監(jiān)測都是至關(guān)重要的診療措施。臨床常用的外周血氧飽和度等方便監(jiān)控的指標，已是呼吸功能異常的結(jié)果；而肺部呼吸音的改變，是呼吸通暢性異常的早期反應(yīng)，是呼吸功能評級中的最早期預警信息。因此，在危重、高齡患者中，早期獲知患者呼吸道通暢性直接影響到救護方案的選擇，關(guān)系到救治效果。除此之外，呼吸音含有豐富的人體自然交互信息，可通過對呼吸音的智能分析和交互設(shè)計，挖掘在除醫(yī)療外其他領(lǐng)域的潛在應(yīng)用價值。
【成果介紹】
目前第一代完整的呼吸音采集設(shè)備已研發(fā)完畢，完全實現(xiàn)呼吸活動的柔性無感持續(xù)智能監(jiān)測評價和適應(yīng)多場景下交互設(shè)計需求，提高醫(yī)療救護能力和應(yīng)急救援能力，減輕醫(yī)療及養(yǎng)老行業(yè)人力與經(jīng)濟運營成本，創(chuàng)新引領(lǐng)社會與經(jīng)濟發(fā)展。
圖1 技術(shù)路線
【技術(shù)優(yōu)勢】
（1）基于駐極體薄膜的高靈敏度接觸式壓力傳感器
目前用于呼吸音及心音監(jiān)測的傳感器大多采用較硬的基底，難以適應(yīng)人體胸部曲線，不適合長期可穿戴使用。因此，本成果基于駐極體的自驅(qū)動壓力傳感器的自供能、響應(yīng)速度快和靈敏度高等優(yōu)勢，設(shè)計了一種用于可穿戴式聲音監(jiān)測的高靈敏度柔性駐極體壓力傳感器，以實現(xiàn)對人體呼吸音與心音地長期、實時監(jiān)測。
駐極體薄膜材料 壓力傳感器
聲音采集設(shè)備 產(chǎn)品概念設(shè)計
圖2 部分成果展示
（2）智能呼吸音監(jiān)測分析預警平臺
通過深入臨床大規(guī)模收集心音和呼吸音樣本、對病理性樣本進行學習訓練，對信號的模式識別進行研究匹配，采用人工神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、支持向量機兩種識別模式，對病理性聲音特征進行分析得出智能化參考病癥分析。由于呼吸音信號的復雜性，同一種類型的呼吸音有不同人或是同一人在不同時間發(fā)出時，樣本數(shù)據(jù)不完全相同，傳統(tǒng)方法容錯率與識別率極低。本成果將呼吸衰竭患者的呼吸音數(shù)據(jù)進行分類識別和特征標定，采用人工智能算法進行測試和集訓，實現(xiàn)為大數(shù)據(jù)分析提供數(shù)據(jù)參考。
（3）呼吸音智能監(jiān)測預警系統(tǒng)的人機交互設(shè)計
通過分析多個智能呼吸音監(jiān)測預警操作系統(tǒng)的使用場景、認知特點、輸入和輸出方式，歸納出它們在交互設(shè)計上的一般性的設(shè)計原則和設(shè)計缺陷。通過多學科的交叉，如人因功效學、設(shè)計語義學、設(shè)計美學、設(shè)計心理學等學科，進行了全面整體的交互設(shè)計研究。
圖3 智能呼吸音診斷軟件界面
圖4 臨床人員操作軟件試用
【性能指標】
【技術(shù)成熟度】
原理樣機/驗證。
【應(yīng)用場景】
本系統(tǒng)主要包括柔性聽診設(shè)備和智能分析軟件。該系統(tǒng)小巧輕便，靈敏智能，其基本功能是對人體呼吸音的無感化持續(xù)采集、智能分析和高危信號預警，可基于實際需要進行基于呼吸音的需求點挖掘和人機交互設(shè)計，應(yīng)用場景可延伸至醫(yī)院重癥監(jiān)護、居家養(yǎng)老、運動管理、軍事戰(zhàn)爭等。目前，我們的人機交互設(shè)計方向主要是危重癥病人監(jiān)測和健康養(yǎng)老。
【市場前景】
目前，我國醫(yī)療資源發(fā)展不充分問題依然存在，重癥醫(yī)學資源總體不足，將導致對重癥患者的監(jiān)護質(zhì)量大打折扣。智能呼吸音實時監(jiān)測系統(tǒng)可代替醫(yī)護人員進行床旁監(jiān)測，降低醫(yī)護人員監(jiān)護壓力，并可及時準確判斷患者病情，通過實時的呼吸音數(shù)據(jù)，可及時對病人的痰液聚集量、痰液粘度及咳嗽功能進行評估，從而對患者實施按需排痰，實行氣道分級管理，允許對患者實施呼吸道個體化干預措施，符合高質(zhì)量氣道管理的要求。
我國COPD（慢性阻塞性肺病）患者約有1億，每年最少有2000萬COPD患者需要住院治療。2021年入院數(shù)據(jù)顯示，醫(yī)院總?cè)朐?/span>20149萬人次，COPD住院人次約占總住院人次的10%。COPD患者的住院治療和居家康養(yǎng)均需要密切監(jiān)測肺功能變化,這將釋放巨大的市場需求！
【資質(zhì)榮譽】
第48屆日內(nèi)瓦國際發(fā)明展“銀獎”
2021年廣東“眾創(chuàng)杯”科技海歸領(lǐng)航賽銀獎
2022年中美青年創(chuàng)客大賽武漢賽區(qū)特等獎
【知識產(chǎn)權(quán)】
本成果已申請9項中國發(fā)明專利、5項軟件著作權(quán)。
【合作方式】
專利許可、專利轉(zhuǎn)讓、作價入股、技術(shù)開發(fā)、面談等。
隨著在柔性傳感技術(shù)和人工智能技術(shù)領(lǐng)域的不斷積累，目前團隊對呼吸音等音頻信號的各種智能監(jiān)測評估的技術(shù)能力已足夠。然而團隊缺乏技術(shù)工程化、系統(tǒng)化和供應(yīng)鏈整合的平臺和能力，目前在科技成果轉(zhuǎn)化方面的經(jīng)驗尚不成熟，難以跨越技術(shù)到產(chǎn)品的鴻溝，成為了影響設(shè)備成果轉(zhuǎn)化效率的一個技術(shù)瓶頸。
【專家介紹】
蔡開琳，華中科技大學同濟醫(yī)學院附屬協(xié)和醫(yī)院主任醫(yī)師/教授。中國醫(yī)師協(xié)會微創(chuàng)外科醫(yī)師分會委員；中華醫(yī)學會湖北省分會腹腔鏡外科學會內(nèi)鏡外科學組組長，《世界華人消化雜志》、《腹腔鏡外科雜志》編委。國內(nèi)外發(fā)表高水平論文50余篇，申請授權(quán)專利百余項。長期深耕醫(yī)工交叉研究，具有豐富的醫(yī)工交叉合作經(jīng)歷，曾主持多項醫(yī)工交叉課題：肺炎應(yīng)急攻關(guān)項目：智能化呼吸功能失代償預警設(shè)備與技術(shù)研發(fā)，2020/3-2020/8；湖北省重點研發(fā)計劃：基于柔性傳感器的智能機器人“慧聽”人機交互系統(tǒng)，2021/01- 2023/12；消化道小病灶定位標志物及精準探測設(shè)備的研發(fā)與應(yīng)用，2019-11；國家自然科學基金：基于電磁層析顯影技術(shù)的直腸肛門排便生理功能的精準測量及臨床診斷價值評估，2022/01-2025/12。曾指導研究生獲得第十二屆“挑戰(zhàn)杯”中國大學生創(chuàng)業(yè)計劃競賽全國金獎；第十一屆“中國好醫(yī)工”一等獎；2021年廣東“眾創(chuàng)杯”全國決賽銀獎；2022年中美青年創(chuàng)客大賽武漢賽區(qū)特等獎。項目團隊成員構(gòu)成全面，由來自于協(xié)和醫(yī)院的臨床醫(yī)生、電子科學與技術(shù)及新材料領(lǐng)域?qū)＜摇⑷斯ぶ悄茴I(lǐng)域工程師組成。本團隊具備強大的醫(yī)工聯(lián)合研發(fā)基礎(chǔ)與能力，前期自主研發(fā)了呼吸音智能監(jiān)測和診斷設(shè)備，已申請發(fā)明專利，安全有效性已經(jīng)通過動物實驗檢測。
【聯(lián)系方式】
CG23023
