无辐射、无须插管，仅通过一条柔性绷带贴合胸部，就能在患者呼吸之间实时捕捉肺部通气区域的动态阻抗变化，让沉默的肺部“说话”。
近日，南京航空航天大学副教授姚佳烽团队研发的“可穿戴肺功能实时成像仪”获2024年度江苏省技术转移联盟“十大技术转移优秀案例”。
姚佳烽介绍，这款形似智能运动腰带的设备，以多电极阵列布局、弹性可伸展绷带设计为核心，不仅突破了传统CT（计算机断层扫描）、MRI（磁共振成像）的静态成像局限，更以“床旁可视化”的便携优势，为慢阻肺、哮喘等近亿患者带来无创、实时呼吸监测的新体验。目前，该设备已在暨南大学附属第一医院、上海交通大学附属新华医院等17家三甲医院投入临床，并用于甘肃、贵州、河南等地多家社区医院的慢性肺病筛查，累计服务超2万名患者。
让肺部呼吸“看得见”
传统的肺功能检测依赖医生的经验判断，而CT、MRI等设备虽能提供影像，却存在有辐射风险、设备笨重、成本高昂等问题。姚佳烽介绍，团队研发的这款成像仪，通过电阻抗断层成像技术（EIT），在患者胸廓表面布设16个柔性电极，可以实时捕捉肺部通气区域的电导率变化，并将数据转化为动态图像，“就像给肺部装了一个‘实时监控摄像头’”。
设备多电极布局设计让它“耳聪目明”，能捕获更全面的生物阻抗数据，大大提高了测量的准确性和可靠性。该设备通过算法解析电阻抗信号，并融合生物流体信息，可以清晰显示气流在肺叶中的分布、流动异常区域，甚至能捕捉细微的肺泡通气不均的情况，为早期肺纤维化、慢阻肺急性发作提供预警。
“我们的设备不仅可以实时监测肺功能，还能根据监测结果自动调整呼吸机参数，减轻医生的负担。”姚佳烽说，这一技术实现了手术过程中肺功能的自动化监测和调整，大大提高了手术效率。
相比进口设备，国产成像仪体积缩小80%，重量仅300克，并且支持云端数据分析，可自动生成肺功能评估报告，大幅提高基层医院诊疗效率。此外，绷带式设计可以适应不同体形，儿童、老人佩戴舒适，单次检测成本仅为传统设备的1/10。
9个月攻克首代样机
“我国40岁以上慢阻肺患者近1亿人，但肺功能成像仪长期被国外垄断，进口设备售价高达140万元，并且操作复杂。”2016年从日本回国后，姚佳烽亲身感受到国内外高端医疗装备领域的巨大差距。
为改变这一局面，2016年开始，姚佳烽带领团队带着EIT的初步构想，开启了底层技术研究。起步期买不起国外昂贵的电阻抗研发设备，姚佳烽就和学生们窝在实验室里，绘制电路图、手工焊板、选购元器件、反复调试参数。仅用9个月，他们便攻克首代样机，实现“从0到1”的突破。
姚佳烽坦承，起初团队聚焦于硬件搭建与算法开发等基础研究，但并未意识到这项技术的产业化潜力。直到2020年，德国同类设备以“抗疫利器”的标签进入中国市场，售价高达140万元，姚佳烽深受震撼并意识到“必须用国产替代打破垄断”。
然而，研发之路充满荆棘。首代样机的图像重建算法原始生成一幅图需36秒，远未达到临床需求。团队引入人工智能技术，通过上万张开源CT图像训练模型，将成像速度提升至每秒40帧，达到国际领先水平。
“产业化的那几年，我每周总有一大半时间在医院里。今天在江苏的医院，明天就‘闪现’到上海的医院。我们的脚步快一些，设备实现国产替代的进程就快一点。”姚佳烽说。
虽然设备在实验室表现优异，却在医院遭遇信号干扰问题。“手术室里监护仪、呼吸机的电磁噪声让设备没那么精准。”姚佳烽回忆。为此，团队扎根临床一线，反复调试硬件频率与抗干扰设计，最终实现稳定运行。
历经8年，2023年“可穿戴肺功能实时成像仪”通过江苏省二类医疗器械创新审批，2024年8月正式获批中华人民共和国医疗器械注册证，实现了可穿戴EIT设备的国产替代。
从肺部监测到“全身扫描”
姚佳烽团队在研发过程中，始终以国产替代为目标，致力于打破国外技术垄断。他们研发的设备不仅在性能上达到了国际先进水平，更在价格上具有显著优势。“我们希望通过技术创新，降低设备成本，让更多的百姓能够用得起。”姚佳烽说。
技术突破远未止步。姚佳烽透露，新一代设备正尝试将胸阻抗成像与氧疗仪、电刺激技术结合，实现氧疗-理疗一体化。例如，针对慢阻肺患者，设备可实时调节氧疗流量；对于术后呼吸肌无力患者，能通过电刺激同步强化膈肌运动。
新一代EIT设备核心部件。受访者供图
目前，他们正在与材料学专家合作，开发新的材料以解决电极带引起的压疮问题，并计划将研究成果应用于产品中。“我们希望通过不断的技术创新，提升产品的性能和用户体验。”姚佳烽表示，“同时，我们也希望通过与更多医疗机构的合作，进一步优化我们的技术。”
团队更宏大的愿景在于拓展电阻抗技术的应用边界，目前已布局微流控肿瘤细胞检测、乳腺肿瘤3D筛查等方向，甚至计划为航天员设计肌肉运动监测系统。“电阻抗成像的潜力远超想象。”姚佳烽表示，“未来或许只需一件智能衣，就能完成全身器官的实时‘透视’。”
在这条创新赛道上，姚佳烽始终怀着科研报国的使命感。“科研不仅要发论文，更要解决实际问题。我们就是想通过自己的努力打破垄断，为国产医疗器械的发展注入活力，让更多患者受益。”
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