
怀孕的“准妈妈”们如何知道腹中胎儿是否健康?传统采用超声仪器获取胎儿心率信息的方法存在风险,不适宜长时间使用。国际上,盲分离理论是信号处理领域的新方向。作为广工大研究生创新项目团队,我们以“基于盲分离技术的胎儿心电监护系统”作为研究项目参加了第十四届 “挑战杯”竞赛,以创新价值和应用前景赢得认可,最终捧得“挑战杯”国赛的最高荣誉,获得特等奖。
一路走来,我们感受到学校对学生创新能力培养的高度重视和大力支持,得到了导师的精心指导,领略到科技创新的魅力和价值所在,也收获了一种可贵的挑战精神,这种精神支撑着我们在创新路上奋勇前进。
图片说明:导师谢胜利教授指导研究生团队滤波分析。《中国研究生》杂志对该团队的事迹进行了报道。
入学时,导师让我们根据自己的兴趣选择研究方向。因为对技术的好奇,又因其很有现实意义,我们选择了盲分离研究这一方向。导师要求我们研发一种胎儿心电分离监测的产品,并能够实现产业化。
参加“挑战杯”是出于机缘巧合。一次偶然机会,我们被一场“挑战杯”校赛推介宣讲会所吸引,了解到竞赛的含金量和影响力,团队成员认为,参加“挑战杯”能够让盲分离技术项目获得业界的认可继而进行推广。但从哪个方向切、做什么作品,我们却难以决断。于是,我们请教了谢胜利、何昭水和胡昕三位导师,他们推荐了大量有关信号处理领域的论文,使我们尽快熟悉相关领域的动态和技术应用热点。随着对盲分离理论和技术在胎儿心电监护应用中的深入了解,我们坚定了参赛的信心和决心。
研究过程中,采集信号的滤波和分离问题是首要难题。胎儿心电信号十分微弱,往往掩盖在母体心电信号之中,且胎儿心电和母体心电具有类似的波形和频谱特征,导致胎儿心电更难辨识。传统的滤波方法在胎儿心电的分离问题上无法取得满意的效果。重担似乎一下都压在了负责解决滤波问题的康嘉文身上,吃饭、走路、上课、睡觉、难题始终萦绕在他的脑海里。经过反复的尝试和验证,团队创新性地把欠采样梳妆滤波器和小波变换方法应用到胎儿心电滤波处理上,取得了令人满意的效果,问题得到解决。
除了滤波之外,分离的算法也至关重要。以往国内外的胎儿心电分离研究中,虽然有不少分离算法的提出,但效果却不理想。刚开始,我们对能否研究出一种有效的分离算法也没底。只能大量查阅国外文献,对前人提出的方法做仿真,看实际效果。那时,几乎每天都在阅读文献中度过,也常通宵讨论。功夫不负有心人,在考察测试多个方法后,通过借鉴雷达信号分析领域的斜投影盲分离算法,根据胎儿心电信号的特性进行多次改造,重新构建心电数学模型,团队终于研究出了效果非常好的胎儿心电分离算法,大家终于舒了一口气。
项目的编程是一项难度不大,但却很繁重的基础性工作。为了紧跟进度,我们常挑灯夜战。一次,负责编程的付丙艮熬夜编好了某个功能的实现代码,但由于过于劳累便直接趴在电脑前睡着了,不小心碰到了主机插头,待他醒来时,电脑却关机了,前功尽弃,只能重新编程。
“挑战杯”竞赛十分看重作品的创新性和应用型。因本项目属于医疗器械研究范畴,要获得评委肯定,晋级国赛,还需提供两大应用性报告:临床试验报告和国家质检报告。我们选择在广东省武警医院进行临床试验。如何让产妇放心地接受试验?刚开始,没有一个产妇愿意,尽管不断沟通,效果也不佳。大家决定先说服一位怀孕的护士使用我们研制的仪器进行检测。局面就这样打开了。我们用真诚和坚持打动了孕妇。为了确保安全性,我们还进行检后定期回访,指导胎儿健康出生。检测了20多个胎儿后,医院出具了临床试验报告:“作品安全可靠,试用效果良好。”
国家质检报告是一项强制性要求的报告,决定了作品的质量。根据医院临床使用的国家标准,测试内容要求对不同环境下仪器的通用性、抗扰性和有效性进行质检。团队成员林锦荣多次往返广州与深圳的药品食品监督局检测站,对作品进行包含安全通用要求标准、电磁兼容标准、心电图机安全专用要求标准在内的近100项检测,并且常常通宵熬夜调整作品的部分参数以满足检测的要求,一去就是三四天,寒假也几乎没有休息。经过不懈努力,最终换来了三份检测结论为 “合格”的检测报告,获得了评委的肯定。
在国赛即将到来时,我们夜以继日地完善作品,补充支撑成果。学校多次邀请“挑战杯”专家进行现场模拟问辩,作品文本和展板修改了数十次,最后问鼎挑战杯国赛 “特等奖”。除此之外,该项目还被评为2015年度“攀登计划”广东大学生科技创新培育专项资金重点资助项目。“我们收获的不仅仅是一次高水平竞赛的荣誉,更是一种不惧困难的挑战精神和勤奋严谨的求学态度”康嘉文说。在参赛过程中逐步磨炼的“挑战自我,力争向上”的“挑战杯”精神,成为我们积淀下来的最宝贵的财富。从懵懂无知的新生到攻克技术硬骨头的“挑战者”,我们收获的不仅仅是思考问题和解决问题的科学方法,更让我们终身受益的是精神的蝶变,是一种创新精神的凝练。竞赛开阔了我们的学术视野,也提升了我们创造、实践、沟通、合作的能力,更让我们明白了什么是坚韧,什么是勇气,什么是真正的挑战精神。挑战在路上,创新无止境。“挑战杯”虽已落下帷幕,但经过这次赛场的洗礼,我们一定会在今后的成长道路上,始终怀着一颗勇于挑战的心,披荆斩棘,砥砺前行!

