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，讓病患直接表達身心的感受，使家人、醫(yī)者全面獲取生理信息，更加準確關愛病患？一個個小小的傳感器系統(tǒng)，通過復旦大學信息科學與工程學院教授、博士生導師陳煒的手，變化出千姿百態(tài)，為無數(shù)生命之光建立了聯(lián)系，指引了前行的道路。

妙手乾坤，護航新生命

作為國際上最早從事智能系統(tǒng)設計與新生兒監(jiān)護的研究的學者之一，陳煒做了許多先驅性工作和貢獻，深受業(yè)內學者的國際認可。她帶領課題組提出并實現(xiàn)了可穿戴無線傳感器系統(tǒng)對于健康參數(shù)的監(jiān)測以及反饋，這些系統(tǒng)集傳感器技術、信號處理、醫(yī)學信息分析、用戶舒適度、美觀等為一體，得到了社會的廣泛關注。

陳煒的臨床醫(yī)學信息傳感研究從新生早產(chǎn)兒開始。新生兒是非常特殊的群體，蘊含著人類發(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)嬰兒成長的環(huán)境完全不同。在保溫箱里，他們的各種生理信號通過凝膠電極、有線傳感器和笨重的設備、眾多的導線與身體直接連接來進行監(jiān)測，并以相應的醫(yī)學方法促進新生早產(chǎn)兒成長。

陳煒的一個研究方向就是新生早產(chǎn)兒的監(jiān)護。圍繞相關課題，陳煒的主要目標是：如何用先進的傳感器技術和信息科學的手段為新生早產(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，同時也使他們的生理信號達到醫(yī)學的標準，為醫(yī)護人員做診斷、做治療提供更加準確、全面的數(shù)據(jù)。

陳煒課題組設計研究了有集成纖維傳感器（smart textiles）的智能服裝來監(jiān)測生命體征信號。她測試了多維纖維傳感器在心電信號監(jiān)測中的信號質量和穩(wěn)定度，并與傳統(tǒng)心電貼片傳感器監(jiān)測的信號作對比，對纖維傳感器的大小和位置都進行了優(yōu)化，提出并實現(xiàn)了一種基于頻譜分析的優(yōu)選算法來選擇在各種身體姿勢下可獲得最佳信號質量的信道。這種新型的新生兒監(jiān)護系統(tǒng)在荷蘭馬克西瑪醫(yī)療中心（Maxima medical center）成功試驗，其采集的心電信號滿足醫(yī)學分析的標準。智能新生兒監(jiān)護服裝項目成果于2009年獲荷蘭Brainport 醫(yī)療項目大賽提名并獲TU/e Excellent Award二等獎。她的課題組在該領域旗艦國際會議IEEE Body Sensor Networks（BSN 2009）發(fā)表的關于智能服裝監(jiān)測心電信號的設計研究與測試的論文，由于其新穎獨創(chuàng)性得到了廣泛的關注。

遵循新生兒護理的發(fā)展思路和方案，陳煒帶領課題組設計了一系列關愛嬰幼兒的傳感檢測系統(tǒng)。她設計研發(fā)了可穿戴無線傳感器系統(tǒng)監(jiān)測體溫和血氧，在醫(yī)院成功測試了基于小型熱敏電阻溫度計的智能腰帶。她還設計研發(fā)了利用近紅外光譜技術的非侵入式反射型血氧監(jiān)測（Reflectance Pulse Oximeter）系統(tǒng)，方便易用，可達到現(xiàn)有醫(yī)用設備的測量準確度。她設計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)護的需要，為新生兒在保育箱內外持續(xù)提供電能，且為解決可穿戴無線傳感器系統(tǒng)換電池的麻煩做出了貢獻。該研究成果在國際知名期刊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)是這一時期陳煒的重要設計研發(fā)內容之一。該系統(tǒng)將母親的心跳通過一個小抱枕以輕微震動的方式傳給孩子，以緩解患兒的緊張心情。通過在荷蘭馬克西瑪醫(yī)療中心對10名新生兒的測試，該系統(tǒng)對90%的患兒有安慰效果并縮短70%患兒的哭鬧時間。她還設計實現(xiàn)了幫助癌癥患兒的有多媒體系統(tǒng)的時尚座椅，該設計應用網(wǎng)絡多媒體技術提高患兒與親友的交流。通過與荷蘭的廠商合作，2012年10月產(chǎn)品在荷蘭設計周展出，獲荷蘭科技時報等多家媒體報道，得到廣泛好評。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)護系統(tǒng)的基礎上，陳煒帶領課題組還設計實現(xiàn)了擁有交互式前饋和反饋系統(tǒng)的心肺復蘇（cardiopulmonary resuscitation，CPR）輔助器材，該設計利用壓力傳感器，電致發(fā)光的薄膜（electroluminescent foil），及電子聲音節(jié)拍器來指導醫(yī)務人員在執(zhí)行心肺復蘇任務中的準確胸腔壓力和節(jié)拍。開發(fā)了用于測試的嵌入壓力傳感器陣列的人體模特及算法軟件實時來分析壓力和節(jié)拍。該研究在該領域國際頂級期刊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)務人員成功測試，使用輔助器材后，壓力和節(jié)拍的準確度有顯著提高。

愛心飛揚，締造品質人生

提及為何會介入醫(yī)療健康監(jiān)測系統(tǒng)、傳感器技術和信號處理領域相結合的科研工作，陳煒談起她在荷蘭的艾因霍芬科技大學的一段回憶。當時她和一位新生兒科專家同事聊起關于小兒科研究領域的一些問題時，同事告訴她，新生早產(chǎn)兒的皮膚非常稚嫩，保溫箱內的傳統(tǒng)的電極貼片會刺激到早產(chǎn)兒的皮膚，甚至會撕裂他們的皮膚，并且打擾到寶寶的睡眠，外在的刺激也會讓嬰孩精神緊張，對他們的生長和發(fā)育都有害。能不能有一種先進的方式，有一種新型的傳感器來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，“當時我就在想，如果我們的工程技術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，也能更加精準地監(jiān)控生理信號，對孩子以后的發(fā)展會有很大好處。”于是，一系列檢測生理信號的傳感器系統(tǒng)設計誕生了。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。這些設計不僅是一項項科研項目成果，更是陳煒對新生兒無私的愛心、對社會深深的責任感。

就在這樣的一個機緣巧合中，陳煒真正看到了自己掌握的工程傳感器技術切實服務于患者。而隨著技術的發(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量人的生命體征、活動以及場景信息，然后數(shù)據(jù)通過無線方式傳輸并存儲至云端，從而使醫(yī)護人員及時取得信息并提供有效反饋。新型的健康監(jiān)護系統(tǒng)不僅大大改進了舒適度，也提高了醫(yī)護人員的服務質量，讓醫(yī)護人員可以遠程得到患者精確的生理數(shù)據(jù)，便于指導病患生活和康復。

從新生兒起步，發(fā)展到對孕婦、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，陳煒科研團隊針對不同用戶群體不斷加強系統(tǒng)功能，對患者行為進行監(jiān)護控和提醒。如研發(fā)了基于可穿戴傳感系統(tǒng)的智能康復服裝幫助患者進行康復訓練，通過對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，一方面提醒他們飲食的攝入量情況，另一方面也總結數(shù)據(jù)直接提供給醫(yī)護人員，方便醫(yī)生遠程指導和監(jiān)護患者康復。這樣，可以有效提高病患對于自己健康的管理水平以及促進和家人、醫(yī)護人員之間的交流。

不僅局限于此，陳煒在傳感技術在智能設計中的研究和通信與信號處理也有突出成就，為提高睡眠質量、降低生活壓力等方面的設計做出了貢獻。而現(xiàn)在，科研成就卓越的陳煒自荷蘭回到國內，在復旦大學開始了自己工作的新的征程。

她坦言，國外的學習、科研工作生涯對她的人生有很大影響。她繼承了幾位導師嚴謹治學的品質與跨學科的創(chuàng)新思維，在科研道路上不斷揚帆遠航。復旦大學的智慧醫(yī)療電子中心為她提供了新的科研發(fā)展平臺。而她在歸國后的短短幾個月內就適應了新的工作環(huán)境，并積極投入到了科研與國內臨床醫(yī)學研究中。目前，她不僅跟歐洲的醫(yī)院合作，還與復旦大學附屬醫(yī)院建立起新的合作關系，并積極為科研成果的產(chǎn)業(yè)化作出努力。

生活中的陳煒愛烹飪，愛旅游。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、為社會的進步，做出更大的貢獻。endprint