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无创心血管疾病实时智能监测与血管健康评估系统

来源：自动化学院发布时间：2021-04-16

成果名称	无创心血管疾病实时智能监测与血管健康评估系统
成果联系人	陈小惠	职称		教授		所在单位	自动化学院、人工智能学院
联系电话	18951893856			Email		chenxiaohiu@njupt.edu.cn
技术成熟度	工程样机			技术分类		信息系统
核心专利号	201710020196.4
所属学科方向	一级学科		仪器科学与技术		二级学科
应用行业	大健康人工智能电子信息
项目概况：本项目主要是选用光电和电极传感器等嵌入座便器垫自动获取人体光电容积描记图（PPG）、心电图（ECG）和体阻抗值等信息，利用人体建模和拟合校正、先进的数据处理算法和智能学习算法等求得人体的心率、心电、体温、血氧饱和度、血压、体脂率等生理参数，同时进行血管老化评估，并构建网络化监测系统，把这些数据进行显示、发送给用户，或传递到专用的云计算平台。实现心肺慢性疾病人群的无创、网络化健康监测，尤其适合心肺慢性疾病老年人群。项目的难点是在不同人体和晃动等情况下，如何获取高质量和优质的PPG、ECG等信号，并高精度的求取心血管相关参数等；研究的重点和关键是利用先进的信号处理算法和人工智能技术，自动进行优质心电波和血容积脉搏波自适应判断和获取，克服运动伪影干扰和不同体质获取的差异，提高PPG、ECG信号检测的正确性与可靠性；同时利用智能学习算法，优化和校准不同人体血管腔模型、电阻抗模型与血管评估模型等，进一步提高血压、血氧饱和度和体脂率等参数检测精度以及优化血管老化评估。
关键技术：（1）最优PPG和ECG信号提取算法研究可靠和正确获取优质PPG和ECG信号是求取血压、血氧饱和度等生理参数的关键。在PPG与ECG信号检测过程中，一方面人体可能出现晃动等运动伪影干扰，另一方面不同人群的信号检测模型存在差异，开展自适应判断和寻优信号检测算法研究，求取最优PPG和ECG信号。（2）高精度人体生理参数智能优化算法研究基于PPG和ECG信号的血压、血氧饱和度与体脂肪率等参数的求取，关键是如何提高测量精度，其精度除了依懒于PPG和ECG信号的质量之外，还取决对人体血管腔模型建立的准确性，但不同人体的血管腔模型存在一定差异，需寻求新的算法克服模型差异的影响，结合个体特征的智能学习算法可望修正模型差异，能够极大的降低个体模型差异对测量精度的影响，提高测量精度。（3）心血管健康评估算法研究脉搏波PPG所表现出来的压力及波形变化是评价人体心血管系统健康状况的重要参考内容，利用先进的信号处理算法和人工智能学习算法，优化提取心血管健康关联的PPG信号特征参数，进一步研究血管健康评估算法和危险等级。（4）基于人体生理特征信息的身份识别算法研究生理参数上传云平台必须与个体人对应，才能进行个体生理参数的云平台查询和分析。生理信息（PPG、ECG）是人体的一种固有的生理信号，不同个体之间的PPG、ECG信号存在着本质的差异，具有很好的保密性和唯一性。利用PPG、ECG信号的特征提取，开展基于生理信息的人体身份识别研究，如信号稀疏分解和机器学习等算法是较好的方法，自动进行身份识别。（5）无创心血管疾病智能实时监测与血管健康评估系统的构建合理选择生理信息采集装置（嵌入多个光电传感器、电极传感器温度传感器等与嵌入式系统），利用云平台，开展小型化、低功耗、网络化的无创心血管性疾病智能实时监测与血管健康评估系统的构建研发，并进行大数据分析等。
应用领域和市场前景：无创心血管疾病智能实时监测与血管健康评估系统适用于家庭、医院病房、敬老院等场合的应用，尤其适合中老年人群，可用于心肺慢性疾病的监测、评估和预警等，应用领域非常广阔，具有非常大的社会效益和经济效益。我国正逐步迈向老龄化社会，心血管疾病发病率高，本项目可以实现心血管疾病的远程监测，使用方便，可以很大程度上提高慢性疾病患者的生活质量，改善和提高人民的健康水平，实现个人、家庭、医疗机构、社会健康平台有机地结合。总之，本项目的实施和推进对维护社会稳定以及和谐健康社会的发展起着重要的作用。在经济层面，我国仅心血管病人超过3亿，按1个家庭1个心血管病人，1个家庭需1个监测前端，1台系统价格2000~3000元计算，市场容量可达上千亿元，本项目成功上市后，预计可以实现税收的逐年递增，对地方财政的增长起到积极的作用。
合作方式（技术转让，技术开发，技术服务，技术咨询，技术入股）：技术转让、技术开发、技术服务、技术咨询、技术入股
图片：（1-5张，文件大小不低于1MB，图片清晰，并标注图片说明）以智能卫生间为技术实现方式，经近10年的深入研究，把多种传感器嵌入到坐便器垫，成功开发了体温、心率、血氧和血压监测的智能坐便器垫样机产品，并参与了“第二届中国数字建设峰会和2020年国际老博会”新产品展示，得到展会专家的高度评价，被评为展会热门推荐高科技新产品，收到CCTV9记者采访，国际先进、国内领先水平，电信、移动公司等也准备与我们合作，把该产品作为5G的健康终端，目前正在开展非正常人群试用，获取多种不同患者的测试数据，进一步开展新的算法研究，提升系统的测量精度和可靠性。项目研究成果在第二届中国数字峰会上的部分展示图片如图1（a）~ (d)所示。 $说明:I:\E\科研\广州易风\展示图片\微信图片_20200225160716.jpg$ （a）研制的PPG、ECG信号采集和参数网络展示 $说明:I:\E\科研\广州易风\展示图片\微信图片_20200225160936.jpg$ （b）多生理参数检测前端的座便器垫 $说明:说明:C:\Users\njupt\AppData\Local\Temp\HZ$D.132.4195\HZ$D.132.4197\5ab2175c94e260130a2fca836833a62c.png$ （c）PPG、ECG信号检测与处理、参数显示 $说明:I:\E\科研\广州易风\展示图片\微信图片_20200225160735G.jpg$ （d）手机端多生理参数显示图1 已取得的研究成果部分图