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【广州日报】广工有个“魔法屋” 让信号“开口说话”

字体: 2021年11月03日 浏览量:来源:广州日报2021年11月3日第15版 作者:王婧 编辑:卢迪

在广东工业大学,有这样一个研究所,研究员们专门跟各种信号打交道。在他们眼里,每个信号都有自己的专属DNA,基于此,他们巧施魔法让看似繁杂的信号有序“开口说话”。科研要接地气,真正造福社会,这是团队不断突破的动力,他们不断把科研成果应用到现实,让看似高深莫测的科技理论走出实验室,飞入寻常百姓家。

本期“趣探实验室”,我们走进广东工业大学智能信息处理研究所,看医学信号如何智能“变身”成为医生的“左膀右臂”,寻北斗导航定位精度从米进阶到分米的奥秘。

文/广州日报全媒体记者王婧 通讯员卢迪 图/广州日报全媒体记者骆昌威

智能听诊器加持

做自己的“家庭医生”

说起听诊器,大家并不陌生,它是临床医生最常用的诊断用具,可以说是医生的象征。然而,广东工业大学智能信息处理研究所生物医学信号检测实验室发明的这款“数字智能听诊器”颠覆了记者对于传统听诊器的印象。

这款“数字智能听诊器”看起来就像一个蓝牙小音箱,将听诊器连上无线网络之后可直接采集高精度高保真声音,所听数字信号实时上传至大数据平台,通过人工智能得出听诊报告,可以初步判断患者情况。

“一个听诊器一次只能一个人听,你听的、我听的或他听的,效果是不一样的。”广东工业大学自动化学院智能信息处理研究所所长谢胜利教授介绍,听诊器发明两百多年来不断改进,但传统听诊器有其局限性,容易受到人为因素的干扰,一个新医生需要两年以上的经验才能“会听”听诊器,准确通过听诊器判断患者脏器健康情况需要花上五六年的时间。能不能发明一种新的听诊器,可以实现多人同时精准听诊?带着这一设想,团队从2015年开始着手研究,一代一代改进至当前最新版本。

广东工业大学自动化学院智能信息处理研究所副所长谢侃副教授解释,“数字化”即将传统的模拟信号转成数字信号,可以永久保存,医生不仅能够听到降噪后的心肺音,还能分别听取患者的心音和肺音;“智能化”则更多体现在老百姓在家就能使用它,根据初筛结果判断是否需要进一步就诊。“老百姓不用听得懂,只用看结果就可以了。”谢侃说,在日常生活里,该创新成果主要有两大应用场景——慢病管理及小儿呼吸道健康初筛。

打造完全自有的“广工智造”

谢胜利坦言,疫情的出现,也让团队加速了研发的进程。在抗疫一线,医生身穿防护服使用传统听诊器对病人心肺听诊存在一定困难,即使在普通发热门诊,也需要及时更换听诊器实现一人一器,这令团队越发感受到研发智能听诊器的迫切性。于是团队火速成立专门研究小组,成功研制出基于盲信号处理技术的具有心肺音分离功能的“数字智能听诊器”。

与实验室其他创新成果由校企或校医联合研发不同的是,数字智能听诊器系统是谢胜利团队完全独立研发的首款创新产品。这一次,他们筹划着打造完全自有的“广工智造”。

今年年初,由团队组织并牵头制定的“电子听诊器通用技术规范”团体标准正式发布,标志着我国新型智能听诊器的正式问世。目前,此款创新成果已正式通过欧盟的CE认证,目前正在申报中国医疗器械产品注册证,距离量产使用更进一步。

“每个信号都有自己的DNA”

为“数字智能听诊器”打下坚实技术基础的是名为“盲信号处理技术”的“幕后英雄”。“每个信号都有自己的DNA。”谢胜利带领团队创造性地发现了将不同信号区别开来的“信号方差比”,“信号方差比”就像是一把刻度尺,可以准确地度量并定义不同的信号。

“杂音有杂音的特征,心音有心音的特征,肺音有肺音的特征。”谢胜利进一步解释,尽管电子听诊头收集到的高保真声音是杂音及心肺音混叠在一起的状态,但借助盲信号处理技术,可滤除噪声并分离出心音和肺音。

实际上,近年已有多项基于该技术创新的发明创造从这里走出,落地开花。团队联合深圳市理邦精密仪器股份有限公司,研发复杂心电信号盲检测技术,创新研制了18导联心电图机、多参数监护仪和胎监仪等,其理论成果“基于盲信号处理的心电信号检测关键技术及其在医疗器械中的应用”于2017年获得广东省科学技术一等奖,带动相关经济效益26亿元。

“互联网医院这个平台需要各种各样的前端硬件去采集数据,我们正是其中一个数据来源,我们以后还会有更多的数据来源为互联网医院服务。”谈及实验室未来愿景,谢侃告诉记者,他们想在高端医疗器械细分领域实现反垄断,同时将其民用化、便携化。

导航定位精度精益求精

在生物医学信号检测实验室隔壁,是北斗导航智能信号处理与芯片应用实验室。在这间乍看并无特别之处的实验室里,谢胜利带领团队一路攻坚克难,将北斗导航定位精度从5米、3米、1米进阶到分米。

北斗卫星系统已在天上“架”好,如何将信号“接住”应用到各行各业?导航、定位和授时(简称“PNT”)系统是其落地工程顺利实施的核心技术,与泰斗微电子科技有限公司共建的北斗PNT技术分室正专注前述技术攻关。

“我们实验室主要做后盾,开发好的算法,提高定位精度。”谢胜利说,团队目前已将导航定位的精度从米级提升到分米级,相关产品目前已在量产阶段。接下来,团队还将向厘米级发起挑战。随着技术攻关的不断突破,团队相关科研成果屡有发表,其中北斗卫星信号快速捕获新方法及芯片设计获广东省技术发明奖一等奖,带动经济效益超过30亿元。

定位精度的差异影响如何?实验室辜晓波博士以驾驶导航举例说明,以前定位精度在10米级的时候,仅能定位到车辆在哪条路上,但具体在哪个车道上,是无从知晓的。随着精度越来越高,自动泊车也从想象变成现实。

“天上的信号到达地面大约有2.6万公里,你可以想象,如果这些信号是灯泡,得多亮才能被对面看到?”该实验室王名为博士解释道,北斗信号从天空发到地面已经淹没在噪声里了,团队要做的就是尽可能在当前环境下捕获到北斗发回的信号,给其实现更多应用场景提供保障。

以项目制“带学生”

教他们“真本事”

据了解,谢胜利教授领衔的广工智能信息处理团队是“教育部创新团队”、首批“黄大年式教师团队”。团队目前有47位老师,分四个大的研究方向,每个方向都有一个带头人,每位教师都有其重点研究领域,能在团队中找准自己的位置,进而形成强大合力。

对于如何培养人才,他们也有自己独特的方法,团队培养的高端专业人才活跃在行业前沿领域。目前,团队共有200多位在读研究生以及部分本科生。每个小组每周开一次讨论会,大组则每月开一次。

“一定要在项目中培养学生。”谢胜利认为,学生在具体项目中实干,发现问题解决问题,这样带出来的学生才有自己的真本事。比如与“泰斗科技”合作的研究生联合培养基地采用“1+2”培养模式,研究生在第一年课程学习之后,接下来两年在泰斗科技就北斗卫星信号处理及其应用开展校企联合攻关。

网址链接:https://gzdaily.dayoo.com/pc/html/2021-11/03/content_880_773732.htm


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