陳煒：傳感生命之光

汲曉奇

如果把生命抽象成為一束光芒，那么孩子的光小而明亮，前途遠(yuǎn)大；青年的光芒如日中天，蓬勃不息；老年人則光芒沉穩(wěn)，需要扶助。健康者必定光芒飽滿，病弱者卻是星輝黯淡。如何感知生命之光，讓病患直接表達(dá)身心的感受，使家人、醫(yī)者全面獲取生理信息，更加準(zhǔn)確關(guān)愛(ài)病患？一個(gè)個(gè)小小的傳感器系統(tǒng)，通過(guò)復(fù)旦大學(xué)信息科學(xué)與工程學(xué)院教授、博士生導(dǎo)師陳煒的手，變化出千姿百態(tài)，為無(wú)數(shù)生命之光建立了聯(lián)系，指引了前行的道路。

妙手乾坤，護(hù)航新生命

作為國(guó)際上最早從事智能系統(tǒng)設(shè)計(jì)與新生兒監(jiān)護(hù)的研究的學(xué)者之一，陳煒做了許多先驅(qū)性工作和貢獻(xiàn)，深受業(yè)內(nèi)學(xué)者的國(guó)際認(rèn)可。她帶領(lǐng)課題組提出并實(shí)現(xiàn)了可穿戴無(wú)線傳感器系統(tǒng)對(duì)于健康參數(shù)的監(jiān)測(cè)以及反饋，這些系統(tǒng)集傳感器技術(shù)、信號(hào)處理、醫(yī)學(xué)信息分析、用戶舒適度、美觀等為一體，得到了社會(huì)的廣泛關(guān)注。

陳煒的臨床醫(yī)學(xué)信息傳感研究從新生早產(chǎn)兒開(kāi)始。新生兒是非常特殊的群體，蘊(yùn)含著人類發(fā)展的希望。但新生早產(chǎn)兒由于其特殊性，需要待在保溫箱里，和大多數(shù)嬰兒成長(zhǎng)的環(huán)境完全不同。在保溫箱里，他們的各種生理信號(hào)通過(guò)凝膠電極、有線傳感器和笨重的設(shè)備、眾多的導(dǎo)線與身體直接連接來(lái)進(jìn)行監(jiān)測(cè)，并以相應(yīng)的醫(yī)學(xué)方法促進(jìn)新生早產(chǎn)兒成長(zhǎng)。

陳煒的一個(gè)研究方向就是新生早產(chǎn)兒的監(jiān)護(hù)。圍繞相關(guān)課題，陳煒的主要目標(biāo)是：如何用先進(jìn)的傳感器技術(shù)和信息科學(xué)的手段為新生早產(chǎn)兒提供更加舒適的、接近于家庭的、能夠跟父母自然交流的生存環(huán)境，讓他們的身心得到更好的發(fā)展，同時(shí)也使他們的生理信號(hào)達(dá)到醫(yī)學(xué)的標(biāo)準(zhǔn)，為醫(yī)護(hù)人員做診斷、做治療提供更加準(zhǔn)確、全面的數(shù)據(jù)。

陳煒課題組設(shè)計(jì)研究了有集成纖維傳感器（smart textiles）的智能服裝來(lái)監(jiān)測(cè)生命體征信號(hào)。她測(cè)試了多維纖維傳感器在心電信號(hào)監(jiān)測(cè)中的信號(hào)質(zhì)量和穩(wěn)定度，并與傳統(tǒng)心電貼片傳感器監(jiān)測(cè)的信號(hào)作對(duì)比，對(duì)纖維傳感器的大小和位置都進(jìn)行了優(yōu)化，提出并實(shí)現(xiàn)了一種基于頻譜分析的優(yōu)選算法來(lái)選擇在各種身體姿勢(shì)下可獲得最佳信號(hào)質(zhì)量的信道。這種新型的新生兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在荷蘭馬克西瑪醫(yī)療中心（Maxima medical center）成功試驗(yàn)，其采集的心電信號(hào)滿足醫(yī)學(xué)分析的標(biāo)準(zhǔn)。智能新生兒監(jiān)護(hù)服裝項(xiàng)目成果于2009年獲荷蘭Brainport 醫(yī)療項(xiàng)目大賽提名并獲TU/e Excellent Award二等獎(jiǎng)。她的課題組在該領(lǐng)域旗艦國(guó)際會(huì)議IEEE Body Sensor Networks（BSN 2009）發(fā)表的關(guān)于智能服裝監(jiān)測(cè)心電信號(hào)的設(shè)計(jì)研究與測(cè)試的論文，由于其新穎獨(dú)創(chuàng)性得到了廣泛的關(guān)注。

遵循新生兒護(hù)理的發(fā)展思路和方案，陳煒帶領(lǐng)課題組設(shè)計(jì)了一系列關(guān)愛(ài)嬰幼兒的傳感檢測(cè)系統(tǒng)。她設(shè)計(jì)研發(fā)了可穿戴無(wú)線傳感器系統(tǒng)監(jiān)測(cè)體溫和血氧，在醫(yī)院成功測(cè)試了基于小型熱敏電阻溫度計(jì)的智能腰帶。她還設(shè)計(jì)研發(fā)了利用近紅外光譜技術(shù)的非侵入式反射型血氧監(jiān)測(cè)（Reflectance Pulse Oximeter）系統(tǒng)，方便易用，可達(dá)到現(xiàn)有醫(yī)用設(shè)備的測(cè)量準(zhǔn)確度。她設(shè)計(jì)的基于電感的非接觸式能源傳輸（Inductive contactless energy transfer）系統(tǒng)，具有友好的用戶界面，滿足新生兒監(jiān)護(hù)的需要，為新生兒在保育箱內(nèi)外持續(xù)提供電能，且為解決可穿戴無(wú)線傳感器系統(tǒng)換電池的麻煩做出了貢獻(xiàn)。該研究成果在國(guó)際知名期刊Journal of Ambient Intelligence and Smart Environments的可穿戴傳感器特刊上發(fā)表。

基于光電容積描記（photoplethysmograph，PPG）的心跳反饋系統(tǒng)是這一時(shí)期陳煒的重要設(shè)計(jì)研發(fā)內(nèi)容之一。該系統(tǒng)將母親的心跳通過(guò)一個(gè)小抱枕以輕微震動(dòng)的方式傳給孩子，以緩解患兒的緊張心情。通過(guò)在荷蘭馬克西瑪醫(yī)療中心對(duì)10名新生兒的測(cè)試，該系統(tǒng)對(duì)90%的患兒有安慰效果并縮短70%患兒的哭鬧時(shí)間。她還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了幫助癌癥患兒的有多媒體系統(tǒng)的時(shí)尚座椅，該設(shè)計(jì)應(yīng)用網(wǎng)絡(luò)多媒體技術(shù)提高患兒與親友的交流。通過(guò)與荷蘭的廠商合作，2012年10月產(chǎn)品在荷蘭設(shè)計(jì)周展出，獲荷蘭科技時(shí)報(bào)等多家媒體報(bào)道，得到廣泛好評(píng)。同年11月在荷蘭凱特瑞娜綜合醫(yī)院（Catharina hospital）正式使用。

在新生兒監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的基礎(chǔ)上，陳煒帶領(lǐng)課題組還設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了擁有交互式前饋和反饋系統(tǒng)的心肺復(fù)蘇（cardiopulmonary resuscitation，CPR）輔助器材，該設(shè)計(jì)利用壓力傳感器，電致發(fā)光的薄膜（electroluminescent foil），及電子聲音節(jié)拍器來(lái)指導(dǎo)醫(yī)務(wù)人員在執(zhí)行心肺復(fù)蘇任務(wù)中的準(zhǔn)確胸腔壓力和節(jié)拍。開(kāi)發(fā)了用于測(cè)試的嵌入壓力傳感器陣列的人體模特及算法軟件實(shí)時(shí)來(lái)分析壓力和節(jié)拍。該研究在該領(lǐng)域國(guó)際頂級(jí)期刊IEEE Transactions on Information Technology in Biomedicine發(fā)表，在荷蘭馬克西瑪醫(yī)療中心由20名醫(yī)務(wù)人員成功測(cè)試，使用輔助器材后，壓力和節(jié)拍的準(zhǔn)確度有顯著提高。

愛(ài)心飛揚(yáng)，締造品質(zhì)人生

提及為何會(huì)介入醫(yī)療健康監(jiān)測(cè)系統(tǒng)、傳感器技術(shù)和信號(hào)處理領(lǐng)域相結(jié)合的科研工作，陳煒談起她在荷蘭的艾因霍芬科技大學(xué)的一段回憶。當(dāng)時(shí)她和一位新生兒科專家同事聊起關(guān)于小兒科研究領(lǐng)域的一些問(wèn)題時(shí)，同事告訴她，新生早產(chǎn)兒的皮膚非常稚嫩，保溫箱內(nèi)的傳統(tǒng)的電極貼片會(huì)刺激到早產(chǎn)兒的皮膚，甚至?xí)毫阉麄兊钠つw，并且打擾到寶寶的睡眠，外在的刺激也會(huì)讓嬰孩精神緊張，對(duì)他們的生長(zhǎng)和發(fā)育都有害。能不能有一種先進(jìn)的方式，有一種新型的傳感器來(lái)替代這種貼片式的傳感器？

在荷蘭的一家醫(yī)院里，看著在保溫箱里連著無(wú)數(shù)根電極貼片、與父母隔著重重阻礙的新生早產(chǎn)兒，陳煒的心揪在一起，“當(dāng)時(shí)我就在想，如果我們的工程技術(shù)方面能夠做出一些努力，不但讓這些患者的生活環(huán)境更加舒適，也能更加精準(zhǔn)地監(jiān)控生理信號(hào)，對(duì)孩子以后的發(fā)展會(huì)有很大好處?！庇谑?，一系列檢測(cè)生理信號(hào)的傳感器系統(tǒng)設(shè)計(jì)誕生了。有和普通嬰兒衣服一樣的纖維傳感器智能服裝，有傳遞母親心跳的小抱枕等等。這些設(shè)計(jì)不僅是一項(xiàng)項(xiàng)科研項(xiàng)目成果，更是陳煒對(duì)新生兒無(wú)私的愛(ài)心、對(duì)社會(huì)深深的責(zé)任感。

就在這樣的一個(gè)機(jī)緣巧合中，陳煒真正看到了自己掌握的工程傳感器技術(shù)切實(shí)服務(wù)于患者。而隨著技術(shù)的發(fā)展，傳感器可以做得更輕、更小、更薄，易于貼近人的身體，融合在生活環(huán)境中，如衣服、生活用品、家具等，組成物聯(lián)網(wǎng)，在并不影響正常生活的情況下測(cè)量人的生命體征、活動(dòng)以及場(chǎng)景信息，然后數(shù)據(jù)通過(guò)無(wú)線方式傳輸并存儲(chǔ)至云端，從而使醫(yī)護(hù)人員及時(shí)取得信息并提供有效反饋。新型的健康監(jiān)護(hù)系統(tǒng)不僅大大改進(jìn)了舒適度，也提高了醫(yī)護(hù)人員的服務(wù)質(zhì)量，讓醫(yī)護(hù)人員可以遠(yuǎn)程得到患者精確的生理數(shù)據(jù)，便于指導(dǎo)病患生活和康復(fù)。

從新生兒起步，發(fā)展到對(duì)孕婦、老年人，和一些重大疾病例如心腦血管疾病、糖尿病、睡眠呼吸疾病、精神疾病的患者等特殊人群的監(jiān)護(hù)，陳煒科研團(tuán)隊(duì)針對(duì)不同用戶群體不斷加強(qiáng)系統(tǒng)功能，對(duì)患者行為進(jìn)行監(jiān)護(hù)控和提醒。如研發(fā)了基于可穿戴傳感系統(tǒng)的智能康復(fù)服裝幫助患者進(jìn)行康復(fù)訓(xùn)練，通過(guò)對(duì)糖尿病患者和心衰患者的飲食、飲水量還有他們每天的鍛煉情況的監(jiān)測(cè)，一方面提醒他們飲食的攝入量情況，另一方面也總結(jié)數(shù)據(jù)直接提供給醫(yī)護(hù)人員，方便醫(yī)生遠(yuǎn)程指導(dǎo)和監(jiān)護(hù)患者康復(fù)。這樣，可以有效提高病患對(duì)于自己健康的管理水平以及促進(jìn)和家人、醫(yī)護(hù)人員之間的交流。

不僅局限于此，陳煒在傳感技術(shù)在智能設(shè)計(jì)中的研究和通信與信號(hào)處理也有突出成就，為提高睡眠質(zhì)量、降低生活壓力等方面的設(shè)計(jì)做出了貢獻(xiàn)。而現(xiàn)在，科研成就卓越的陳煒自荷蘭回到國(guó)內(nèi)，在復(fù)旦大學(xué)開(kāi)始了自己工作的新的征程。

她坦言，國(guó)外的學(xué)習(xí)、科研工作生涯對(duì)她的人生有很大影響。她繼承了幾位導(dǎo)師嚴(yán)謹(jǐn)治學(xué)的品質(zhì)與跨學(xué)科的創(chuàng)新思維，在科研道路上不斷揚(yáng)帆遠(yuǎn)航。復(fù)旦大學(xué)的智慧醫(yī)療電子中心為她提供了新的科研發(fā)展平臺(tái)。而她在歸國(guó)后的短短幾個(gè)月內(nèi)就適應(yīng)了新的工作環(huán)境，并積極投入到了科研與國(guó)內(nèi)臨床醫(yī)學(xué)研究中。目前，她不僅跟歐洲的醫(yī)院合作，還與復(fù)旦大學(xué)附屬醫(yī)院建立起新的合作關(guān)系，并積極為科研成果的產(chǎn)業(yè)化作出努力。

生活中的陳煒愛(ài)烹飪，愛(ài)旅游。她享受制作美味的成就，也享受游覽名山大川的愉悅。她認(rèn)為，生活和工作同樣重要。只有在生活中得到給養(yǎng)，才能夠更加精力充沛、身心愉悅地投入科研工作，為更多人的健康、為社會(huì)的進(jìn)步，做出更大的貢獻(xiàn)。endprint