“这款监测仪什么时候能卖到欧洲来？”“到时候可以让我做代理吗？”……不久前在瑞士举行的第50届日内瓦国际发明展上，陈彦的展台被围得水泄不通。
这次陈彦是以双重身份参展——中国科学技术大学（以下简称中国科大）教授、合肥中科知奇信息科技有限公司董事长。
发明展上，他们团队研发的“非接触式心脏健康监测技术及应用”凭借创新性与应用价值，从全球近40个国家和地区的超千项科技成果中脱颖而出，斩获金奖。
“使用这款监测仪时，用户不需要佩戴电极，也不需要去除衣物，躺在床上，就能以无感的方式完成心电图、呼吸、心率等监测，精确度达到临床级别。同时，手机上的APP会及时反馈结果。”陈彦向《中国科学报》介绍。
发明展评委会主席David.TAJI为陈彦（右一）及团队成员颁奖。受访者供图 
中科知奇展厅内，用户在体验非接触心脏睡眠健康监测仪。受访者供图 突破百年局限，首创非接触心电图监测
心血管疾病是全球第一大致死疾病，每年约有1790万人因此失去生命。在中国，随着人口老龄化问题的加剧，心血管疾病对居民健康的影响更加显著，其发病率与致死率均居世界前列。
近年来，心血管疾病年轻化。“特别是新冠疫情之后，我身边的朋友或是朋友的朋友心脏出现了一些问题，严重的甚至在半夜睡觉时就走了。”陈彦感慨道。
心电图自发明一百多年来，一直被视为临床诊断心血管疾病的金标准之一。然而，现有的监测手段需要在体表贴附多个电极，让用户有不适的体验。因此，日常生活中的长时间连续心电图监测往往很难实施，导致一些患者错过疾病诊断和治疗的最佳时期。
有没有更佳的解决方案？
陈彦早年在国外读博期间，曾跟随导师做室内无线通信研究。“我们发现，WiFi信号不仅可以传递信息，还可以感知环境的变化。于是，我们攻克了很多难题，研发出一套基于WiFi信号的感知系统。”陈彦说，这其实就是早期的“通信感知一体化”雏形。当时国内少有人从事这方面的研究。
2015年，陈彦回国入职电子科技大学，成立智能感知实验室，继续开展相关研究。“WiFi信号存在局限，只能做大尺度行为的感知。比如，一间空房子，突然有人进入或离开时，系统立即可以监测到。但系统无法监测到房间具体人数以及每个人的状态。”陈彦说。
想要做更细致的感知行为分析，必须用波长更短的高频段信号。2020年，陈彦将实验室搬回母校中国科大，开始从WiFi频段转向毫米波频段。
我们知道，传统心电图是通过接触皮肤的电极，捕捉反映心脏状态的电活动变化。而直接以非接触式测量体表的电信号异常困难。
“在阅读文献时，我注意到《自然》曾发表一篇论文，文中提出心脏的机械活动和电活动存在映射关系，是心脏健康一体两面的体现。也就是说，我们可以通过获取心脏机械振动信息，监测心脏状态。”陈彦介绍。
受此理论启发，一年后，他带领学生搭建了一套系统，实现了基于毫米波雷达的非接触人体心电图实时监测，突破了百余年来心电图仅能通过接触式传感器获取的局限。相关研究成果发表于《IEEE 移动计算快报》，并被《IEEE Spectrum》报道。
“当时，我们做了一项可行性验证工作——让35位学生模拟正常呼吸、运动后和睡眠等不同生理状态，利用团队研发的系统与心电图机同步监测心脏活动，再对比结果。”陈彦介绍，实验结果证明用毫米波雷达做非接触心电图监测是可行的。
团队同步使用监测仪与传统心电图采集数据。受访者供图 提升监测精度，验证医学应用价值
上述工作一经发表后，引起很多人的兴趣，他们找到陈彦寻求合作。
“借此机会，我们联合医院开展了大规模人群实验。”陈彦回忆，那时大概有大半年时间，团队成员每天就学校、医院两头跑，在不影响医生正常工作的前提下，挨个询问病人是否同意在做心电图的同时，使用他们的系统采集数据。
通常，医生根据心电图报告中一项叫作心率变异性指标，即上一个心跳与下一个心跳的间隔时间变化趋势，判断患者可能存在的疾病。
“在实验中，我们注意到如果一个人憋气时去测心率变异，系统监测的结果非常准。反之，不憋气时，监测精度就会大幅下降。”陈彦说，很自然地他们想到呼吸对监测精度影响很大。
紧接着，他们做了非常深入的研究，发现了两个重要的物理现象：呼吸频率比心跳频率低，所以呼吸谐波比心跳谐波衰减更快；心跳谐波中存在拍频效应，即高阶心跳谐波叠加会产生与心跳周期一致的拍频特征。对此，他们将心跳特征提取频段从基频转移到高阶谐波频段，有效消除了呼吸运动的干扰，显著提升了监测精度。
“我记得当实验成功的消息传来时，我和几名学生正在去外地出差的高铁上。听到消息后，我们非常激动。晚上到了宾馆后开始连夜跑实验。”陈彦回忆。
随后，团队做了进一步验证：在大规模医院场景（6千多名参与者）和日常生活场景（长达21个夜晚）中，该系统取得了26.1毫秒和34.1毫秒的中位误差，充分验证了其医学应用价值。这项研究为毫米波雷达在心脏活动监测领域的应用奠定了重要基础，相关成果发表于《自然-通讯》。
在医院采集数据时，他们不仅仅在门诊，还进入病房了解患者的确切需求。“重症的住院患者一般需要24小时贴附电极片，监测心率、血氧等指标。一到冬天，由于皮肤干燥，电极片接触效果变差，设备会自动报警。护士不得不每隔一段时间重新擦拭酒精后再贴附。其次，有部分患者对电极片过敏，无法长期贴附。”陈彦介绍，这些都是传统心电图监测的痛点问题。
陈彦逐渐意识到，团队研发的系统很“有用”。如果能将其转化为产品，通过仪器对人群进行非接触式心脏监测是完全可行的。到那时，就可能做到心脏疾病的早期发现、快速诊断和早期治疗。
团队研发的心脏睡眠健康监测仪。受访者供图
不断迭代升级，从实验室走向市场
恰好同时期，中国科大作为国家“职务科技成果赋权改革”试点单位，创造性地提出了“赋权+转让+约定收益”模式。这极大激发了科研人员对科技成果转化的信心。
于是，陈彦找到孙启彬。“孙老师是中国科大研究员、IEEE Fellow，长期专注于机器视觉、媒体内容分析等研究。他主创的公司曾被某上市公司收购。所以孙老师拥有从科研创新到成果转化的宝贵实践经验。”两人认真讨论一番后，一致认为“这可能是一个很好的机会”。
很快，团队用了几个月走完赋权流程。中科大资产经营有限公司与中国科大先进技术研究院的工作人员提供了全流程的指导和服务，包括如何注册公司、股权设计、提供办公场地等。
2023年7月，合肥中科知奇信息科技有限公司成立。“知即感知，奇指奇点源头，‘知奇’即探索本质。我们致力于通过非接触感知技术，揭示心脑血管疾病的发病根源。”陈彦说。
为节省开支的同时保障公司正常运行，公司初期只招了2名全职员工：毕业于中国科大少年班的张冬博士担任总经理，负责系统的工程化设计；另外一位是财务人员。孙启彬则负责制定公司战略规划，陈彦带领实验室同学优化系统算法技术。
要把实验室里的系统做成实实在在的产品，并不容易。
“在实验室做系统时，我们追求的是把性能做到极限，至于算法的复杂度有多高，结果是一天或是一周跑出来，这都不是我们考虑的主要因素。但在实际应用时，系统必须实时出结果。”陈彦解释，试想一下，如果用户用监测仪做完心电图后，要等半天甚至一天后才能出结果，体验感肯定要大打折扣。
幸运的是，团队的每一位成员都把工作当作自己的事业，周末经常主动加班完善技术、写代码，不断挑战技术瓶颈。每每解决一个难点，大家都会不约而同地欢呼雀跃。“这意味着我们离成功迈向市场又近了一步。”
陈彦介绍，目前团队已完成非接触式心脏健康监测系列产品的研发，也已与多家三甲医院就成果落地达成了合作。今年下半年，系列产品将面向市场销售。
除了医疗场景，监测仪也可用于日常生活中。“尤其是居住在养老院或独居的老人，可以将监测仪安装在床头，用于监测他们的呼吸、心率、心电图、卒中风险等。一旦出现异常情况，APP可以发预警信息给老人的子女。”陈彦强调，毫米波雷达的辐射功率比手机低800倍，所以不必担心辐射问题。
接下来，团队将围绕非接触心脏活动监测进行两方面的研究，一是争取解决目前系统落地所面临的一些挑战，例如运动伪影带来的干扰；二是基于现有的感知系统，继续探究一些常见心脏疾病的诊断和发病机理。
“我们的目标是做心脑血管疾病早期智能预警的领头羊，让监测仪走进千家万户，为有需要的群体提供全天候、全时段的实时监测及分析服务，及早发现潜在心脑血管健康问题。”陈彦表示。
本文链接：http://www.gihot.com/news-8-4415-0.html从实验室到金奖！他们用雷达“听”心跳
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