席光团队研究生吕锦鹏 《中国研究生》报道我校研究生创新团队:挑战中的精神蝶变

据统计,我国每年约有4.6万的胎儿在出生前夭折。如何监护胎儿健康?传统采用超声仪器进行孕检,获取胎儿心率信息,既存在潜在风险,也不适宜长时间反复使用,检测出的信息量又有限,无法全天候、全面地监护胎儿健康状况。国际上,盲分离理论是信号处理领域的新方向。把盲分离技术用于胎儿监护,成为科技创新和应用的一大热点。

我们致力于攻克这一难题,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。从校赛220多件参赛作品中脱颖而出、杀出重围,获得参加省赛的机会;在省赛中不断完善作品质量,以特等奖的身份拿到参加国赛的入场券;前后历时两年多,不断对作品打磨和提升,以创新价值和应用前景赢得认可,最终捧得“挑战杯”全国赛的最高荣誉,获得特等奖。

一路走来,面对荣誉,我们切身感受到学校对学生创新能力培养的高度重视和大力支持。参赛过程中,我们得到导师的精心指导,收获了知识应用与思维创新的方法,学会了合作与包容,同时也体会到科研意志磨炼的艰辛。在攻克一个又一个难关的过程中,我们领略到科技创新的魅力和价值所在,也收获到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。

导师谢胜利教授指导项目团队作滤波分析

兴趣:前行的动力

   研究生入学之初,导师把我们新生分成几个研究兴趣小组,导师介绍完自己的研究项目,就让我们根据自己的兴趣选择方向。因为对盲分离技术的好奇,同时考虑到涉及生命健康很有现实意义,我们几位同学就选择了盲分离研究这一方向。导师当时的要求非常明确,就是要研发一种胎儿心电分离监测的产品,并希望能够真正实现产业化。

   拿这个研究项目参赛是出于机缘巧合。近几年学校对学生开展科技创新活动非常支持,被誉为大学生科技创新“奥林匹克盛会”的“挑战杯”竞赛受到师生的广泛关注,参与“挑战杯”项目申报成为同学们经常热议的话题。

一次偶然的机会,我们被一场“挑战杯”校赛推介宣讲会所吸引,了解到“挑战杯”比赛的含金量和影响力,我们团队成员一致认为,要想让我们正在做的盲分离技术项目获得业界的认可继而进行推广,申报参赛“挑战杯”应该是一个很不错的路径选择。

   但兴趣归兴趣,设想归设想,从哪个方向切入、具体做什么作品,一开始我们难以决断,颇感迷茫。我们主动请教了谢胜利、何昭水和胡昕三位导师,他们充分肯定了我们以参赛来推动项目研究的想法,并推荐了大量有关信号处理领域顶级的国际会议和期刊论文,指导我们尽快熟悉了相关领域的动态和技术应用热点。

我们开始接触并关注安全可靠的胎儿心电检测,这种方式无须向胎儿主动发射超声能量就可以获取胎儿信息,并能从中诊断出传统超声方法无法筛查的胎儿贫血症、胎儿窘迫症等疾病。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,我们更加坚定了参赛的信心和决心。

张光宇副校长在国赛现场指导鼓励团队

创新:攻难的钥匙

  “挑战杯”竞赛是一项三级赛事,从校赛,到省赛,再到国赛,前后历时将近2年时间。第一级校赛,就需要对项目有完整的呈现和说明,包括理论的运用、技术的创新,以及作品实物的研制成型。通过了校赛,在省赛国赛阶段,时间和精力主要放在作品的不断完善和提升上,尤其在作品的原创性和应用推广上要形成强有力的支撑材料。

  采集信号的滤波和分离问题是横亘在我们面前的首要难题。胎儿心电信号往往掩盖在母体心电信号之中,十分微弱,幅值只有成人心电的五十到三十份之一,比成人心电更容易受到噪声的干扰,并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都没法取得满意的效果。当遇到这个瓶颈时,团队的重担似乎一下都压在了负责解决滤波问题的康嘉文同学身上,那段时间项目进展似乎停滞下来,即使是吃饭、走路、上课、睡觉,抑制噪声的问题始终萦绕在康嘉文的脑海里。

经过反复的尝试和验证,问题最终得到解决。在综合考虑胎儿心电信号特性后,我们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抗干扰问题上,取得了令人满意的效果。

除了滤波之外,分离的算法也至关重要。在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,但是分离效果却不理想。刚开始决定参赛时,我们其实对能否研究出一种有效的分离算法心里也没底。我们心里都很清楚,找不到好的算法,这个作品基本上就泡汤了。

那时,做得最多的事情就是看国外文献和对前人提出的方法做仿真,看实际效果如何,几乎每天都是在阅读文献中度过,经常熬夜通宵讨论这个难题。功夫不负有心人,在考察测试了多个方法后,通过借鉴雷达信号分析领域的斜投影盲分离算法,并根据胎儿心电信号的特点进行多次改造,重新构建心电模型,最终研发出效果非常好的胎儿心电算法。

看到项目顺利进展的希望之光,大家都长长舒了一口气。

另外一个问题是整个项目的编程。这是一项基础性工作,难度不大,但是任务很重,为了跟上研制的进度,经常挑灯夜战。有一次,负责编程的团队成员付丙艮同学熬夜终于把某个功能的实现代码编好了。由于过于劳累便直接趴在电脑前睡着了,不小心碰到主机插头,等他醒来时却发现,电脑关机了,无法找到编好的代码,一天的工作量就这样白白浪费,无奈只好重新起头编程。现在回忆起来,真是既有喜与忧,又有苦与乐。

颁奖现场师生分享胜利的喜悦

安全:推广应用的生命

对“挑战杯”参赛作品的重要指标,除了看重作品的创新性之外,鉴于本研究项目是应用性研究,所以其应用性受到特别关注。又由于属于医疗器械研究范畴,需要提供两大应用性报告,一是临床试验报告,二是国家质检报告。没有这两项报告,不可能参加国赛,更谈不上获得评委的肯定。

提供临床试验报告是一项难度极大的工作。我们选择在广东省武警医院进行。很现实的问题立刻摆在面前,与产妇沟通,如何让他们放心地接受试验。刚开始,没有一个产妇愿意,不断沟通,效果也不佳。经过大家讨论,试图说服医院一位怀孕的的护士,让她同意使用我们研制的仪器进行检测。

这一招果真灵验,局面就这样打开了。在医院见到孕妇,我们还主动问好并送上礼物,用真诚和坚持打动了不少产妇。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。加起来,总共检测了20多个胎儿。最终,医院出具了临床试验报告:“作品安全可靠,试用效果良好”。

在医院做临床使用检测

国家质检报告是一项强制性要求的报告,也是一份决定作品质量的报告。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。团队林锦荣同学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,直到春节前完成各项检测才回家过年,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。

在参赛现场,作品的创新点有哪些,佐证材料有哪些,应用情况如何,这些都是评委关心的问题。由于这两个报告的权威性,评委们对终审作品一致表示满意。

项目团队成员合影

挑战:实现卓越的支撑

在国赛即将到来的日子里,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,作品文本和作品展板修改了数十次,最后以专业的答辩展示赢得国赛评审专家组的青睐与认可,问鼎“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。

在学校“挑战杯”竞赛总结表彰大会上,团队成员康嘉文同学代表全校参赛项目团队作发言。“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”。在这种精神的鼓励下,康嘉文同学在两年内发表包含SCI一区在内的SCI/EI论文13篇,于2015年7月完成硕士毕业论文答辩,提前一年硕士毕业,并获得了我校“申请考核制”博士免试入学资格,同年10月更是获得博士研究生国家奖学金。

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!