青年说丨听听拿下研电赛大奖的他们的故事

在第十五届研电赛全国总决赛上

有一个项目一举拿下

大赛特别奖——抗击疫情专题奖

它是南信大研究生们研发出的一款

嵌入式呼吸系统监护仪

低成本、便携式

精测量、网络化、快速准确

能够有效降低医护人员的工作量

今天，小龙带你走近项目团队“逆行者小队”

看看获奖背后的故事

2020年初，一场新冠肺炎疫情让大家对医疗资源供给问题非常关注。通常普通新冠肺炎患者会出现呼吸困难、呼吸率异常、血氧饱和度过低等症状，而对于急性患者来说则体温、心率等也会出现异常，医护人员需要通过监护仪来密切监测患者的这些生理参数。

“逆行者小队”的队长刘康告诉小龙：“医院现在使用的多导医用监护仪测量参数多、体积庞大、价格上万，一般不会用于轻症患者，而指架式测量仪又只能测量血氧和脉率。因此，轻症患者的监测问题成为一个瓶颈问题。我们团队希望通过设计研发一款针对呼吸性疾病的低成本嵌入式监护仪来解决这一问题。”

参赛现场演示

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简易便携，灵敏精准

这款监护仪不简单！

麻雀虽小，五脏俱全——一个方方正正的蓝色3D打印定制外盒，一个脉搏血氧探头、一个CMS50D指夹式血氧测量仪，这是小龙第一次见到监护仪的“真身”，你可别小看它哟！软件硬件齐上阵，小程序、阿里云来“助攻”，保证数据互联互通、精确性高误差小，正所谓“浓缩的都是精华”！

“逆行者小队”成员孟辉向小龙详细介绍了这款设备，他说：“监护仪系统由嵌入式呼吸系统监护仪、微信小程序、云端软件三部分组成。嵌入式端硬件主要包括脉搏血氧探头、呼吸检测胸带、控制面板。嵌入式系统采集数据处理后，通过Wi-Fi接入阿里云服务器，配合微信小程序，完成数据交互。脉搏和血氧数据主要从PPG信号中提取，呼吸率通过薄膜压力传感器获取，体温通过红外探头提取。

软件部分首先通过FIR滤波器对PPG信号进行去噪和整形，结合经验公式获取血氧值；然后，采用差分阈值算法计算脉率；最后通过呼吸波上升沿与直流分量的交点定位到每个呼吸周期，从而得到呼吸率。”

在采访现场，小队成员还细心为小龙做了使用演示——在微信小程序开发界面，经过注册登录后，即可查看对应的四项生理数据——心率、呼吸、体温、血氧。阿里云物联网平台监控运维下的日志服务详细记录了使用者的生理数据，通过回查这里的时间和数据内容，可辅助医生诊断。刘康说：“这一款监测仪适用于前期大范围人员的筛查，能够准确测量使用者的生理数据，排查指标异常人员，实时监测使用者数据变化情况，最大限度地辅助医生进行诊疗。”

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微信小程序端监护界面

除了上述功能外

它还有以下这些特点——

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低成本、便携式。百元价格，便于推广，适用于家庭、社区、方舱医院等的前期大规模筛查，能够应对大规模呼吸道疾病带来的医疗监护设备不足的情况。

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针对性强。它只针对呼吸道疾病，重点关注脉率、血氧饱和度、呼吸率和体温这四项和呼吸道疾病密切相关的参数。

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网络化。手持移动端基于阿里云和微信小程序，可以随时随地监控。除了提供紧急远程报警求助功能，还可以收集汇总疫情数据，实时观测、评价各地传染严重程度，第一时间获取资料。

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能够自动筛查。根据指标自动识别判断，如果数据异常自动报警，使用预检分诊法有效降低了医护人员的工作量；以呼吸率异常为例，若被监测者的呼吸频率超过30次/分、血氧饱和度低于93%，且持续一分钟或者25次以上，可判断该病人有可能存在呼吸困难的情况，需要医生给予治疗，微信小程序界面发出弹窗并震动，提醒值班医生去查看该病人是否出现呼吸困难。

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用青春与智慧

向“逆行者”学习

逆行者小队由三个大男孩组成。队长刘康，来自电子与通信工程专业，研二，在项目中主要负责嵌入式软件设计、服务器端编程和微信小程序开发任务。孟辉，研三，熟悉底层驱动并热衷于代码编写，目标是成长一名嵌入式软件开发工程师，在本次竞赛中负责总体方案设计和软件软法编程。张博凯，研一，在本次设计中负责线路板焊接和视频剪辑后端制作。

小龙初见他们，是在电信院的研究生实验室里，他们正紧张地工作着，一台电脑、零零散散的电路板和传感器成为他们日常的“好友”。

他们三个人来自不同年级，且都没有任何医学知识背景，是怎么完成研发一款医疗监护仪的呢？

从左至右依次为：

庄建军（老师）、刘康、孟辉、张博凯、刘恒（老师）

队长刘康告诉小龙，他们最想感谢的是两位导师的指引。“庄建军老师的研究方向是生物医疗电子，刘恒老师的研究方向是传感器与嵌入式应用，正是有了二位老师的悉心指导，我们才能够将理想变为现实。”

在有了初步想法之后，他们便开始学习呼吸系统方面的专业医学知识，仔细研读了新型冠状病毒肺炎诊疗方案（试行第七版）。

为了保证监护仪的实用性和准确性，在老师们的引荐下，逆行者小队专程拜访请教了江苏省第二中医院呼吸重症组组长、江苏省第一批支援武汉的医生黄宝驹。“专业医生的加持使得我们的研究方向更准确，黄医生会从患者使用舒适度、便携性、操作难度等角度提出建议，对于生理信号的提取方案、提取数据的可信度等问题也给予了专业性指导，我们收获颇多。”

与黄宝驹医生现场交流

在备赛过程中，他们常会遇到一些“麻烦”——程序崩溃、代码出错、调试主板问题、服务器通信连接出问题等等，每个小问题得以解决的背后都是整个团队的加班加点的付出。每当面对技术性、原理性的问题一筹莫展时，两位老师都会参与讨论，老师的指导让他们茅塞顿开。

N次的调试，N次的实验，N次的修改，在他们看来，“没有最好的代码，只有更好的代码”。他们介绍，“为了验证设备准确性与可靠性，我们利用市面上已有的产品跟我们的监护仪进行对比实验，收集到10位志愿者的生理数据，分析了最大误差和标准误差，并进行误差标定，结果表明本监护仪的脉率误差在3%以内，体温误差在0.3摄氏度以内，满足监护的要求。”

队员孟辉感慨道，“从春节到现在，我们看到了太多的‘逆行者’，体味到太多的感动，只有中国才能把疫情迅速有效地控制住，所以要用自己所学为国家为人民多做些有意义的事儿。”

他们告诉小龙，未来他们还将与气血分析仪进行比对实验，进一步完善软件功能，进行产品的工业化设计，并开展临床实验和医疗器械检验，争取早日将成果产品化。

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文字：上官张帆 李莹

图片来源于受访者

编辑：盖雯

责编：李思源

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