开滦总医院

提名2022年度河北省科学技术进步奖项目公示

一、项目名称：基于智能无感睡眠监测平台的缺血性脑卒中风险预警关键技术研究

二、完成单位：开滦总医院、北方工业大学、北京博实联创科技股份有限公司、北京航空航天大学

三、提名单位：开滦（集团）有限责任公司

四、项目简介：内科组，社会公益类

缺血性脑卒中是一类在睡眠期高发并与认知功能及焦虑抑郁等情感状态密切相关的疾病，但国内外对睡眠过程中缺血脑卒中发病的风险状态缺乏有效的监测预警方法。目前，睡眠监测方法主要分为两类，经典的多导睡眠监护仪价格昂贵、需特定监测环境、操作复杂、受检者因佩带大量电极而干扰自然睡眠，且仅能短时程监测；而另一类以床垫式为代表的监测方法主要针对睡眠呼吸障碍的监测，且价格昂贵，难以推广和常态应用。因此，如何长期连续监测缺血性脑卒中风险并预警报警是当前临床医学和健康管理领域急需解决的技术瓶颈和攻关难题。本项目基于临床精准诊疗研究基础上，融合生物传感技术和人工智能（AI）以及互联网+等技术，成功构建了缺血性脑卒中风险状态预警模型并研发了相应的设备平台系统。

首先，其于智能无感睡眠监测平台采集睡眠相关生理指标，结合受检者基本信息和缺血性脑卒中风险状态的临床精准诊疗结果，采用AI技术，建立了七个急性缺血性脑卒中风险状态的AI分层级预警模型。将健康志愿者、一过性脑缺血发作（TIA）和急性脑梗死患者等三类人群的个体基本信息、睡眠状态相关生理指标和临床精确诊断及其血液流变学、脑血流动力学、认知功能和焦虑抑郁评分等多种风险状态的精准检测结果，构建多维度空间大数据集，利用机器学习等AI方法，建立了基于自然睡眠状态监测的急性脑梗死、TIA、血液流变学异常、脑血流动力学异常、认知障碍、焦虑和抑郁状态等7个多模态、长短时序、多层级的缺血性脑卒中风险状态的AI预警模型技术体系，上述模型平均预警准确性达85.86%%。在此基础上，研发了新型高精度智能无感睡眠监测与预警设备及其配套使用的智能睡眠状态监测与缺血性脑卒中风险状态预警多功能管理平台系统。应用具有自主知识产权的高敏感度低频电容式麦克风式生物传感技术和模拟滤波/数字滤波信号处理技术等核心技术，攻克流量测量法微差压传感式生命体征采集系统和具有双指向性及无指向性功能互换扬声器功能特定传感器信号处理电路的多变量生物传感器等关键技术，成功研制了新型高精度智能无感床垫式睡眠监测与缺血性脑卒中风险状态预警设备，并通过了国家质量检测、获得了日本医疗器械生产许可证。此外，通过采集睡眠状态生理参数和预测模型的其它关键特征数据集，应用先进的混沌理论解析生理混沌吸引子，基于混沌蝴蝶效应（Butterfly Effect）揭示其中缺血性脑卒中的最初极微前兆特征，并结合互联网云平台，构建了一套智能无感睡眠监测与缺血性脑卒中风险状态预警多功能管理平台系统，实现了在家庭、康养机构、医院等多种场景，在无干扰的自然状态下，对睡眠和缺血性脑卒中风险状态的长期连续监测和早期预警报警。

本成果已在临床医院、医养中心、康养机构等多种场所和在专业、非专业医护人员中分层级示范应用，建立了多环境、多层级应用的全方位“精准化应用管理技术体系”，实现了对于人群缺血性脑卒中风险状态的长期连续性监测和主动动态评估预警，为提高我国主动健康管理水平提供了强有力的技术支撑。

五、主要完成单位及创新推广贡献

开滦总医院作为此项目的主要实施单位，为课题组提供了技术支撑和研究保障，配备技术成熟的研究人员，提供研究所需要的场地、设备及充足的病例资源，在项目实施过程中多次组织课题组进行技术培训、完善课题设计和试验流程等工作，为课题组提供了稳固的科研经费支持，从而保障了项目的顺利完成。

1.基于临床实际需求和诊断标准，提出“高精度床垫式睡眠监护仪”、“睡眠状态监测诊断智能分析系统”、基于自然状态睡眠监测的缺血性脑卒中风险预警模型、基于自然状态睡眠监测缺血性脑卒中的血液流变学和血流动力学风险预警模型、基于自然状态睡眠监测的情感与认知状态改变预测模型等相关研发工作的具体目标、任务、设计和技术参数设置、性能指标规划以及各项任务指标的落实实施、检验等工作，制定了设备和平台使用管理流程和相关制度。同时，完成了以下几方面的工作任务。

2.基于美国睡眠医学会“睡眠监测”相关指南标准和临床适应症，进行“高精度床垫式睡眠监护仪”和“金标准”多导睡眠监测（PSG）对比分析试验，对两者技术参数进行比对分析，提出改进工作内容和方案，形成了分析报告。

3.基于相关睡眠障碍和相关疾病的诊断指南和专家共识，进行多层级睡眠状态群体特征识别，分析睡眠状态、血液流变学、血流动力学、情感状态、认知功能等预警指标的影响因素和交互关系，并在此基础上提出进一部的改进工作内容和方案，并最终完成了全部研究工作，均已形成了分析报告。

4.基于临床应用规范“睡眠状态监测诊断的人工智能综合分析平台”的管理使用，组织实施开展了在开滦总医院的神经重症监护室全部8张病床、神经内科病区的35张病床示范应用，共完成了患者监测工作1360例，其中神经内科病房完成1109例（男709例、女400例，其中脑梗死671例、短暂性脑缺血发作301例、其它疾病例137）、神经重症监护室完成了251例神经危重症患者的监测示范应用工作；同时，在开滦范各庄医院所属的唐山市古冶区南部源美养老公寓20位养老群体的全员健康体检和建档，并完成了全部睡眠监测设备和平台的安装、网络铺设、调试工作，开始正式运行工作；开滦荆各庄医院医养病区的25位医养老人群体完成了全员的健康体检和建档，睡眠监测设备和平台的安装、网络铺设、调试工作也全部完成，并正式开始运行工作；至今为止，所有示范应用单位的全部设备和平台系统均一直运行应用状态良好。

项目合作单位工作情况：

北京博实联创科技股份有限公司：

1.基于本项研究任务和临床需求和相关设备研发标准，完成了“高精度床垫式睡眠监护仪”和“睡眠状态监测诊断智能分析系统”，设备硬件和分析系统软件开发和试制。

2.基于与“金标准”多导睡眠监测仪（PSG）对比分析结果，校正和优化提升了设备硬件及软件性能和适用性。

3.基于临床睡眠状态识别特征，进行睡眠状态AI模型构建，依据临床验证效果优化人工智能综合分析平台的灵敏度和特异度，提高准确率，并达到临床应用的标准。

 北方工业大学和北京航空航天大学：

1.按照预期和临床需要，完成了“基于自然状态睡眠监测的缺血性脑卒中风险预警模型”的研发工作。

2.按照预期和临床需要，完成了“基于自然状态睡眠监测缺血性脑卒中的血液流变学和血流动力学风险预警模型”的研发工作。

3.按照预期和临床需要，完成了“基于自然状态睡眠监测的情感与认知状态改变预测模型”的研发工作。

六、推广应用及经济社会效益情况

本成果旨在通过睡眠状态和缺血性脑卒中高风险状态预测筛查提供技术支撑，为实现主动健康管理提供客观技术实施方案。本成果基于居家等多种生活环境自然状态下，以非直接接触方式进行长期动态睡眠状态监测，对于出现睡眠状态异常和缺血性脑卒中风险的使用者提供报警信号，从而实现人体康健的主动智能化管理。目前，本成果已经示范应用于日本博实技研株式会社、南京博创海云电子科技有限公司、开滦总医院、开滦荆各庄医养中心、开滦范各庄医养中心，进行远程智能平台管理示范应用，明显提高了医养群体的健康管理、卒中的高危因素预警预报和睡眠状态、认知功能、情感状态等方面的个体化主动健康管理水平。因本成果适用于家庭、社区、医院等各种环境，以后我们将加大本项成果的推广应用范围，使更多的老人和患者受益。同时，我们以后将充分发挥“京津冀”产学研用协同创新的多学科医工联合技术优势，重点开展临床数据的多维度深度学习、新型诊疗服务的自主知识产权研发、AI技术、云平台健康监测管理服务应用技术，以完善我省的医学生物技术和信息技术融合发展。本成果可对缺血性脑卒中发病和卒中患者具有认知、情感障碍等严重风险进行早期预警，从而可使此类患者获得早期干预性治疗，明显改善此类患者的预后和生存质量，具有很高的经济和社会效益。

七、主要代表性知识产权目录：

1.“一种传感器信号处理电路”，专利号ZL 2020 1 1322808.3 ，授权公告日2021年09月21日，证书号:第4693619；

2.“一种基于热流量测量法的微差压传感式生命体征采集系统”，专利号ZL 2021 2 0646601.5，授权公告日2021年12月10日，证书号：第15078581号；

3.“一种身体机能检查装置”，专利号ZL2018 2 1043326.2 ，授权公告日2020年05月05日，证书号第1044359号；

4.“基于智能平台的睡眠结构信息获取系统V1.0”，证书号:软著登字第4951332号；

5.“基于智能平台脑卒中高危风险预警系统V1.0”，证书号:软著登字第8637913号；

6.“基于智能平台抑郁状态评价系统V1.0”，证书号:软著登字第8596638号；

7.“基于智能平台睡眠生物节律与认知障碍评价系统V1.0”，证书号:软著登字第8596677号；

8.“A novel sleep staging network based on multi-scale dual attention”发表于《Biomedical Signal Processing and Control》杂志；

9.“Sleep Staging Based on Serialized Dual Attention Network”发表于《 CoRR abs》杂志；

10.“Assessment of physiological changes and body movement during sleep in patient with breathing pattern disorders and stroke”发表于《Nagano University，Nagano, Japa》国际会议。

八、主要完成人情况：

九、完成人合作关系说明及完成人合作关系情况汇总表

本项目“基于智能无感睡眠监测平台的缺血性脑卒中风险预警关键技术研究”由开滦总医院、北方工业大学、北京博实联创科技股份有限公司、北京航空航天大学合作完成，项目起止时间：2018年04月至2021年12月。项目组成员共10人，元小冬作为本项目负责人，负责技术路线制定，项目总体的组织和实施，项目各项任务指标的研究指导与落实，示范应用的组织、管理和实施，对创新点1.2.3.4均有突出贡献，为附件代表性知识产权的主要研发、撰写者之一；主要完成人张萍淑，负责课题技术路线优化，研发的设备和平台系统的临床安装、调试、组织管理，负责各种预测模型研发过程中的数据管理和提出试验应用中的具体改进及完善计划方案直至达标，对创新点1.2.3.4有较大贡献，为附件代表性知识产权的主要研发、撰写者之一；王华锋，设计与实现了基于人工智能算法的脑卒中分类预警算法，组织和研发急性缺血性脑卒中风险状态预测模型、血液流变学和脑血流动力学异常状态预测模型，对创新点1.有较大贡献，为附件代表性知识产权的主要撰写者之一；宋军，设备硬件、软件开发和试制，基于自主知识产权的设备样机研制和优化。生命体征信号采集，以及信号分离，结合医学临床试验，建立了心血管循环系统混沌临床医学模型，对创新点2.3有较大贡献，为附件代表性知识产权的主要研发、撰写者之一；潘海侠，组织和研发急性缺血性脑卒中风险状态预测模型、认知和情感状态异常预测模型，对创新点1.有较大贡献；马英、赵营、欧亚、苗铁军、王义分别主要负责临床数据采集及示范应用，试验技术，对比试验实施，基于自主知识产权的设备样机研制和优化工作。在整个项目的研究进行过程中，项目组全体成员针对课题核心内容研发、撰写代表性知识产权10项（具体合作情况、排序见完成人合作关系情况汇总表）。

完成人合作关系情况汇总表

知情同意报奖证明：该项目涉及知识产权均已征得第一发明人、第一作者、通讯作者及知识产权单位知情同意，并开具了知情同意报奖证明，不存在争议。

推荐等级：河北省科技进步三等奖及以上。

公示的形式：公示栏公示。

任何单位或个人对上述项目有异议请于2022年07 月07 日前向科教科提出。

联系人：孙俊艳，电话：0315-3025837