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《解放日报》:核心技术“可电击复律心律自动判别算法”完全自主创新 复旦亮出新型体外自动除颤器

作者:彭德倩摄影:张琦来源:《解放日报》:2018年9月12日发布时间:2018-09-27

邬小玫(右)和学生正在检测体外自动除颤器
关于心脏骤停,有这样一组数据:全球每年700万人发生心脏骤停,其中中国超过50万人。大部分心脏骤停伴随的心律是室颤或快速型室速等恶性心律失常,目前电击除颤是唯一有效的终止恶性心律失常的方法。抢救工作分秒必争,每延迟除颤1分钟,成功率下降7%至10%。通俗来讲,除颤器就是抢救心脏骤停患者的“灭火器”。
在即将揭开面纱的中国工博会高校展区,国内第一款获得医疗器械注册的体外自动除颤器将亮相。其中核心技术“可电击复律心律自动判别算法”完全自主创新,若将设备应用于一般公众场所,普通人经过简单培训也能实施急救。
多重难关探索14年
“一位国内知名心血管病专家找到我们谈合作,希望能联合开发除颤器。”复旦大学信息科学与工程学院医电团队邬小玫教授回忆。由此,产学研医四方携手,开始了长达14年的探索。当时,这一设备研发在国内尚属空白,技术门槛一重又一重。首先是电路设计。一个普通手机充电头的电压是5伏特,而除颤器放电电压高达1000伏特—2000伏特,这种高低压混合电路在设计和测试上稍有差池,就会造成电路的损坏。
高压充放电技术的研发也碰到不少困难。“早期最缺的是器件,没有耐高压/大容量的电容,控制放电过程的大功率电子开关、电池等器件也找不到。”让邬小玫印象深刻的是,最早样机放电电路用的开关管都是用进口仪器上拆下来的旧管子做的。
而最不容易的是如何判断呈昏厥状态的患者是心脏骤停,还是非心源性原因。这个问题对自动除颤器来说性命攸关。由于其使用场所不一定有专业的医疗监控检测设备,使用者也非专业医疗人员,所以判断要不要除颤,需要机器更聪明。“如果发生了需要电击的心律失常却没有实施除颤,很可能造成患者死亡的悲剧;但是如果在不需要除颤时却对病人实施了电击,则可能损伤病人身体甚至诱发心律失常。”邬小玫介绍,在国外成熟的自动除颤仪产品技术中,判断患者是否发生了“可电击复律心律”的算法堪称核心机密。要攻克难关,只有从头做起,从基础数据库做起。
据介绍,除颤器的算法需要通过心电数据库进行验证。产业化团队用于验证这款新型体外自动除颤器的数据库,不仅包含了国外标准心电数据库的信号,还增加了国内急救中心采集的中国人群心电信号数据,且由国内权威心电专家分类,数据量更大,可体现中国人群的体质特点。
与网络相连将有更多应用
美国心脏病协会推荐的自动除颤仪“可电击复律心律”判别算法的敏感性在92%以上,特异性达95%以上。经过验证,在中国研究团队研发的核心算法控制下,敏感性和特异性均超过这一指标。
与此同时,这款除颤器具有网络管理功能,可每天将自检结果、使用情况等数据传送至管理中心。管理中心在对除颤器进行实时监测的同时,还可利用除颤器收集到的数据助力产品进一步研发。而团队也正计划推出相应的APP供用户查询附近除颤器位置,并有可能导入专业医师在线指导的功能。“除颤器与网络相连,在未来将会有更充分的开发和更广阔的应用。”
谈到体外自动除颤器的发展前景,邬小玫认为,借鉴国外经验,人流密集的公共场所都是可供应用的场景,并且“傻瓜机”的工作模式对操作者的专业性要求不高,更容易普及。“就像灭火器一样,除颤器应该在公共场所密集分布,保证一有病情发生就能迅速获得。”她说:“也正是因为它更容易操作,所以对心脏骤停病人来说能获得及时的救治,早一秒抢救就少一分危险,这是有很大价值的。”据透露,现在团队正致力于研究低能量除颤方法,在保证除颤成功率的前提下减小对患者的损伤;另一方面,将尝试结合各种形式的穿戴设备,研发低能耗、小型化的家用或穿戴式除颤器,满足更多应用场景和人群的需求。
 

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