廣東競逐醫療人工智能新藍海:“深圳三院-南科大”團隊成功攻關非接觸式生命體徵監測

南方財經全媒體記者 陳思琦 深圳報導

可實時監測心率、血氧、步數的智能手環或運動手錶,近年來廣受歡迎。但對新生兒而言,獲取這些運動數據可不容易。

據瞭解,我國NICU(新生兒重症監護病房)使用的監護儀,通常是用穿戴式傳感器(電極片、血氧探頭等)監測新生兒生命體徵,極易造成疼痛刺激,醫源性皮膚損傷發生率高達15.10%,其中胎齡<29周的早產兒發生率為36.80%。

如何破解新生兒醫源性皮損難題?

南方財經全媒體記者從南方科技大學獲悉,“深圳三院-南科大”醫工團隊經過兩年的持續攻關,攻克了光學生理監測技術在國產嵌入式芯片上的落地難題,成功研製出我國首個可用於居家嬰兒監護的脈氧監護機器人iBaby I20,僅通過一枚微小的攝像頭,即可非接觸地監測嬰兒心率、呼吸等生命體徵。

去年,廣東省印發《關於推進衛生健康高質量發展的意見》,明確支持高水平醫院聯合高等學校和企業,加快研究攻關一批臨床醫學、生物醫藥領域關鍵核心技術。其中一個重點方向,即是豐富5G+醫療健康和醫學人工智能應用場景。

“把高校實驗室放到公司、放到醫院,所有的論文數據都來自一線,相當於做一件事,同時收穫學術、產業兩項成果,很好地避免了閉門造車。”近日,南方財經全媒體記者約訪了南科大生物醫學工程系副教授王文錦。

據王文錦介紹,深圳三院、南科大開創的“醫工交叉”產學研新範式,借鑒了歐洲“埃因霍溫”產學研模式,巧妙地縫合了學界與業界“兩張皮”。高校負責創新、企業負責轉化、醫院負責驗證,這種三位一體的聯合攻關模式將比“單打獨鬥”更具效率、更有產業生命力。

(王文錦/左、盧洪洲/右,受訪者供圖)(王文錦/左、盧洪洲/右,受訪者供圖)

攻關生命體徵監測“非接觸”技術

在醫院,常見的心電監護儀為十二導聯,即在患者身上貼10-12個電極片來監測生命體徵。新生兒較為脆弱,即使縮減為三導聯,也不可避免地會造成損傷。

不接觸新生兒皮膚,是否可能實現生命體徵監測?

為此,深圳市第三人民醫院(南方科技大學第二附屬醫院)盧洪洲院長團隊、南方科技大學生物醫學工程系王文錦副教授團隊組成了“醫工交叉創新聯合體”,聯合深圳愛貝寶科技,獲批2023年深圳市重大技術攻關產學研項目,全力攻堅新一代非接觸生命監護技術。

經過兩年攻關,該醫工團隊成功研製出我國首個非接觸脈氧監護機器人iBaby I20。簡單來說,借助結構光生理成像原理,iBaby I20攝像頭可通過新生兒胸腔的起伏判斷呼吸,通過皮下3毫米的脈搏波信號推算心率。

非接觸監測如何保證精準度?王文錦向南方財經全媒體記者解釋道,傳統的穿戴式設備為單點監測,比如智能手環只是監測單手運動,而非接觸式解決方案為圖像陣列式監測,比單點監測更全面、更多維,還能捕捉到面部表情、肢體姿態等語義信息,使測量更精準。

另一方面,當人在醫療環境中,尤其在醫生面前時容易出現“白大褂效應”,即精神緊張、心率加快、血壓升高等現象,導致數據有偏差。非接觸解決方案則可實現居家、無感監測,更能捕捉到人的日常真實狀態。

(非接觸監測技術原理,受訪者供圖)(非接觸監測技術原理,受訪者供圖)

去年底,“深圳三院-南科大”醫工團隊首次在國際著名生物醫學光學期刊Biomedical Optics Express上發表原創臨床研究論文“Notch RGB-Camera based SpO2 Estimation: A Clinical Trial in A Neonatal Intensive Care Unit”(基於視頻光學的非接觸新生兒血氧監測),展示了國內首例在NICU完成的面向新生兒的非接觸血氧飽和度(SpO2)監測。

該論文顯示,NICU場景的非接觸SpO2監測裝置已在深圳三院完成22例新生兒臨床研究,具備非接觸式連續SpO2監測能力,以及對SpO2驟降的跟蹤能力。與邁瑞監護儀對標,該裝置的平均絕對誤差小於4%。

今年,醫工團隊又在IEEE Journal of Biomedical and Health Informatics發表多中心臨床研究論文“Generalized Camera-based Infant Sleep-Wake Monitoring in NICUs: A Multi-center Clinical Trial”(基於視頻的新生兒睡眠覺醒監測),在廣東省4家三甲醫院完成了103例新生兒智能睡眠分期監測,獲得領域內最優的睡眠監測分期結果,相關算法技術已移植入iBaby I20產品。

根據Grand View Research數據,全球非接觸式生命體徵監測市場份額預計在2025年達到約300億元人民幣。

以母嬰醫療監護場景為例,截至2021年,我國共有三甲醫院1441所,平均每家三甲醫院至少有20個暖箱床位。而市場上的接觸式嬰兒監護儀(邁瑞、飛利浦等)售價在15-20萬元/台。按最低售價計算,這一市場也超過了43億元規模。

除了嬰幼兒智能監護,該項技術還可用於居家養老監護。艾瑞諮詢《2022年中國商業養老服務市場發展研究報告》顯示,到2026年,我國居家養老賽道規模可突破500億元。

王文錦介紹道,醫工團隊最新研發的i6SOS型號產品將增設“一鍵呼叫”核心模塊。老人可通過隨身攜帶的無線求助摁鍵一鍵呼叫監護人,還可聯繫深圳三院醫生進行遠程問診,帶來更便捷、更及時的就醫體驗。

“醫工交叉”探路產業科技互促雙強

從“一老一小”的廣大市場需求出發,由高校負責創新、企業負責轉化、醫院負責驗證,“深圳三院-南科大”團隊開創了醫工交叉產學研新範式,助推高校科研成功走出“象牙塔”。

王文錦向南方財經全媒體記者透露,這一範式是在歐洲“埃因霍溫”產學研模式基礎上融入國內醫工特色形成的。2021年全職回國加入南科大之前,王文錦曾擔任荷蘭飛利浦研究院(總部)研究員、荷蘭埃因霍溫理工大學助理教授。

他觀察到,埃因霍溫作為歐洲科技重鎮,孕育了飛利浦、ASML等一大批優質企業,其主導思想即是產學研的高度融合,堅持“所有的科技創新都應由產業來驅動,所有的需求都應由業界提出”。

(“深圳三院-南科大”醫工交叉產學研模式,受訪者供圖)(“深圳三院-南科大”醫工交叉產學研模式,受訪者供圖)

而在我國,學界與業界曾是割裂的“兩張皮”,通常高校實驗室先做課題,企業再從中挑有市場前景的項目做轉化。由於許多臨床挑戰在實驗室里無法預知,“可能10個項目才能跑出來1個”。

去年底召開的中央經濟工作會議將“以科技創新引領現代化產業體系建設”置於2024年經濟工作九項任務之首,意味著產業能級的提升將越來越依靠前沿創新,“兩張皮”正逐漸縫合。

這其中,廣東省率先在“龍年新春第一會”提出擁抱新的“科學的春天”,用科技改造現有生產力、催生新質生產力,實現產業科技互促雙強。

“深圳三院-南科大”醫工交叉模式正是產業科技雙向促進的代表性成果。據王文錦介紹,高校、企業、醫院形成了三位一體的聯合攻關,三方從科學問題定義、產品研發設計、臨床需求解決等方面全流程參與,並在醫院科室和高校課題組之間實現了多層次深度融合,降低了溝通上的時間成本。

同時,三方形成科研與轉化成果的共享機制,旨在開展有明確轉化目標、有科學價值輸出、有產業生命力的前沿創新研究。

這是一種三方共贏的合作模式。對企業而言,非接觸生命監護技術具有可觀的市場需求;對高校和醫院而言,該醫工團隊兩年內已發表40餘篇高水平SCI期刊論文和國際會議論文,還獲得了科技部國家重點研發計劃(青年科學家)、工信部人工智能醫療器械創新任務、國家自然科學基金海外優青、原創探索計劃等政府項目資助。基於醫工創新轉化成果,王文錦入選了《科學中國人》2023年度全國科技新銳20人。

“所有的論文數據都來自一線,相當於做一件事,同時收穫學術、產業兩項成果。我也要求學生們培養這樣的思維模式,必須站在醫生、患者的角度思考技術怎麼優化,避免閉門造車。”王文錦說。

(作者:陳思琦 編輯:孫超逸)