中北大學

馬月軒，周宸正，向夢輝，薛晨陽，臧俊斌

1 作品介紹

便攜式心電心音智能檢測儀的傳感器采用MEMS工藝設(shè)計加工，將傳感器敏感結(jié)構(gòu)封裝一體，配合信號處理電路以及設(shè)計的安卓程序，最終實現(xiàn)心電和心音信號的采集、顯示與播放。作品首先由傳感器獲取數(shù)據(jù)，通過信號處理電路進行處理；處理后的數(shù)據(jù)通過STM32芯片控制與其連接的藍牙模塊發(fā)送到配套手機APP壹云智診，并且使用移動網(wǎng)絡(luò)通過Tomcat上傳數(shù)據(jù)至云端服務(wù)器。從心音波形的特征分析中，能很好地區(qū)分出正常心音和雜音，配合心電信號的分析，可以為了解患者的心肺健康與呼吸系統(tǒng)功能等提供更多的參數(shù)，有利于進行深度學習和智能診斷，從而對異常心音信號進行初步篩檢。

2 技術(shù)原理

2.1 人體心音高效高靈敏采集技術(shù)

針對心音信號的采集易受環(huán)境噪聲干擾和耗散問題，根據(jù)惠斯通電橋結(jié)構(gòu)，基于聲-電信號轉(zhuǎn)換原理設(shè)計了MEMS微壓傳感芯片，配合一體化高耦合拾音腔結(jié)構(gòu)，保證心音信號的低噪采集和傳輸。拾音腔設(shè)計保證了采集前端接入傳感器的心音信號完整性和低失真。所設(shè)計的傳感芯片具有更小的體積、更高的靈敏度及抗干擾能力，能夠更好地捕捉第三、第四心音，且MEMS器件可靠性高、成本低、易批量生產(chǎn)。

2.2 心電心音一體化原位同步采集技術(shù)

本項目研發(fā)出的心電、心音同步采集技術(shù)裝備，可將心音圖和心電圖同步采集記錄，二者強強聯(lián)合，視聽結(jié)合，以顯示這些記錄數(shù)據(jù)間的彼此關(guān)系。從各種波形的相互關(guān)系分析中，不僅能更有效地診斷心音和雜音，而且能更好地反映心血管系統(tǒng)的血液動力學及電機械活動等變化，為了解受檢者的心血管病理生理、心肺功能提供更多的診療參數(shù)，這將會使臨床醫(yī)師“耳聰目明”，進而提高診斷水平和鑒別水平。此外，針對2020年的新冠疫情，傳統(tǒng)的聽診器在身穿防護服的情況下無法有效發(fā)揮作用。本產(chǎn)品能夠?qū)⒙曇粜盘栟D(zhuǎn)化成圖像，盡可能減少患者與醫(yī)生的接觸，最大程度上降低醫(yī)生感染的風險。

2.3 基于深度學習的心電心音同步技術(shù)

本項目與合作醫(yī)院建立了心電心音數(shù)據(jù)庫，并應(yīng)用深度學習技術(shù)建立了心電心音病理判別模型。此模型可以對病人的心肺功能進行初判，初判結(jié)果作為參考意見遞交主治醫(yī)生，可有效減輕醫(yī)生的接診壓力，提高醫(yī)院的接診效率。此外面向大眾，也可以真正實現(xiàn)足不出戶地對自身健康狀態(tài)的自查自檢；而心血管疾病的康復者復查也可居家實現(xiàn)，減少去醫(yī)院的次數(shù)，最大程度上降低感染風險。

3 作品創(chuàng)新點和市場前景

對于亞健康人群及康復者，本產(chǎn)品每年可以幫助他們免除超過800萬次不必要的超聲心電圖檢查及心臟病專家會診。對于醫(yī)生，它可以捕捉到更多危險的心臟雜音，讓心音檢測在心血管疾病的篩查中發(fā)揮重大的作用。產(chǎn)品配套使用手機APP壹云智診，可以保存使用者的歷史心電心音信號，供隨時查看，為患者的病情跟蹤提供強力保障，方便醫(yī)師對患者的病史進行詳細的了解，以實現(xiàn)“耳聰目明”的診斷水平和鑒別水平。

隨著我國經(jīng)濟和居民生活水平的不斷提高，政府和居民個人在醫(yī)療健康方面的支出大幅增加，而無論是政府還是個人，資金總是有限的，需要合理地分配資金在醫(yī)療健康方面的支出。例如，電子聽診器是醫(yī)院醫(yī)生的必需品，如果全部使用美國3M公司的，自然能夠滿足要求，但是經(jīng)濟成本肯定是巨大的。本產(chǎn)品在做到與3M公司電子聽診器相似的技術(shù)指標的基礎(chǔ)上還加入了心電測量功能，并且價格還不到3M電子聽診器的1/4，如果能夠使用本產(chǎn)品來代替3M的產(chǎn)品，必然能節(jié)省巨大的經(jīng)濟成本。對個人用戶來講，具備人工智能初篩功能的本產(chǎn)品自然要比其他競品具有更大的吸引力，個人用戶在感到身體不適時可以進行初步自查，在降低自身受到交叉感染風險的同時還能減少醫(yī)生的負擔，而且也會為個人節(jié)省去醫(yī)院做大量檢查產(chǎn)生的費用。另外，由于本產(chǎn)品會使用到云服務(wù)器，一旦產(chǎn)品的數(shù)量增加到一定程度，所需要的云服務(wù)器的數(shù)量和性能也需要得到提升，這也會帶動云服務(wù)器行業(yè)的進一步發(fā)展。