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田一丁（左）与深圳市人民医院神经内科主任郭毅教授交流普易筛的设计原理 |
文/图 羊城晚报记者 沈婷婷 近日，第37届广东省青少年科技创新大赛在线上举行，经过两轮省赛的激烈角逐，深圳中学学生田一丁的“普筛易——静电场帕金森病早筛仪器”项目，获得了广东省青少年科技创新大赛一等奖，是深圳高中组今年唯一入围青少年科技创新大赛国赛的项目。该项目还同时获评专利申请专项奖，并获2500元奖金。羊城晚报记者了解到，该项目团队成员包括田一丁、龙凤、王欢烁、袁忠、张绍熙、叶宸章、严亦敏、尹嘉妮，八人均来自深圳中学。 发明源起奥运会开幕视频 “普易筛”项目源起于1996年亚特兰大奥运会开幕式片段。田一丁告诉记者，视频中的拳王阿里右手高举奥运火炬，而左手却不断颤抖，“作为一个拳击运动员，双手是阿里最强大的武器，可当他老去之后，双手竟然会变成这个样子，这让我很是震惊。”田一丁说，在视频的评论区中得知，这就是帕金森病，由此开始了对帕金森病的关注。 由于帕金森病是进行性神经变性病，早期症状难辨别造成帕金森病诊断困难。目前的帕金森病诊断技术，如核磁共振、MRI扫描、经颅多普勒等，均存在价格高昂、操作不便、体验不佳等缺陷。基于这些“痛点”，田一丁希望发明一款易操作、更实用的早筛仪器，帮助更多帕金森病潜在患者及早扫除病痛阴霾。 通过查阅文献，田一丁关注到，约70%的帕金森患者的首发症状，是手指4-6Hz静止性震颤。因此，通过测量手指到传感器距离随时间的变化量，就可以计算出手指的震颤频率。据介绍，“普易筛”帕金森病早筛仪器依据“震颤分析”医学检测帕金森病原理，通过检测手指在静电场中对电势造成的变化来进行诊断。 不断提升用户使用体验 在了解到相关情况后，田一丁结合深圳中学胡楠老师校内选修课中所学内容，首先在仿真软件COMSOL Multiphysics中搭建了静电场仿真模型。他通过观察模型发现，手指在空间中的微小位移可以被电势信号变化表达出来。根据这个原理，田一丁决定使用静电场电势检测的方式来进行非接触式的震颤检测。 田一丁首先搭建出了以Mbed LPC1768控制板为核心的初代样机。该样机实现了调用静电场传感器Microchip MGC3130读取接收端Rx电极数据，显示电势信号和震颤频率至灰度显示器，以及简单交互等基础核心功能。在老师的建议与帮助下，系统成功迭代到使用Raspberry Pi 4b控制板为核心的二代产品，增加了导出储存检测结果至外部SD卡以及局域网主机，在高清触控显示屏上实时显示电势-时间变化图，封装产品外部防止电磁干扰等重要功能。 二代机只需将手悬空放置于仪器上方十秒钟即可完成检测，创新性地解决了之前产品需穿戴设备检测，体验不佳的问题。先前的大多数检测手段，如经颅多普勒、Kinect步态检测等，均需要外部人员的协助，具有局限性，而患者可以独自操作“普易筛”系统，操作方便。 在研发出二代仪器后，田一丁与老师前往北京大学深圳附属医院神经内科展示本系统并讨论其在帕金森病检测领域的可行性。 2022年，在二代机器的基础上，田一丁对机器外围设备进行了进一步升级，开发出了第三代机器。三代机采取了扁平化设计，并加入了LED灯带视觉反馈以提升用户使用体验。 向专家取经收获改进建议 为了获取专业人士对普易筛的建议，深圳中学普易筛团队成员与胡楠在6月21日前往深圳市人民医院采访了神经内科主任郭毅。深圳市人民医院神经内科（以下简称“科室”）是在郭毅领导下，由21名临床医生构成知识力量雄厚的神经科团队。 在医院内，田一丁向郭毅展示并说明了普易筛仪器的基本功能和技术原理。郭毅对普易筛应用静止性震颤作为早期筛查指标表示了肯定，并指出普易筛相较于其他研发中的早期帕金森病筛查仪器的优势在于方便且为广泛人群的使用。郭毅还对设备的外观提出了专业的改进建议。他指出，需要考虑各种类型的震颤方式（比如姿势性震颤），可以添加一个扶手支撑。最后，郭毅还对同学们投入精力研发普易筛项目的思路与方向表示了肯定。 在获得科室医生的同意后，普易筛团队成员进入科室病房，请帕金森病患者试用普易筛仪器，并进行了设备的调试。通过自体对照的方式，经过调试后的普易筛仪器能判断出患者左手检测结果为阳性，右手检测结果为阴性。 在与深圳市人民医院医生的交流中，团队成员清晰地认识到普易筛检测设备的潜在价值，也收获了新的改进建议，将继续努力完善普易筛检测设备。团队成员希望普易筛检测设备在未来帮助老年人正视帕金森病，以便及早接受治疗，享受健康晚年。 参与学子领会科学创新意义 作为中学生，参与这样的项目对他们来说都受益匪浅。田一丁告诉羊城晚报记者，过去一路走来，把一个想法一点一点地变成现实的过程给了他很大的启发。高中学业压力很大，但他仍记得在半夜舍友熟睡时自己在仿真软件中做出那幅美丽的空间电势分布图时的欣喜，也记得那个周五晚上在学校已经几乎空无一人时自己仍在实验室攻克屏幕显示数据时那一声声尖叫：“它亮了！它亮了！” “我和同学一起建模做模拟实验跑数据，验证了一个理论被应用于现实的可能。虽然那个时候的我并没有意识到未来的一天，这个电脑上的模型会走进现实。”作为项目组的一员，龙凤也表示，在她人生规划中，她就是要成为公共健康事业中的一分子，参与这样的项目给予她巨大的启示和满足感。 不止是龙凤，王欢烁也提到，从高一开始在胡楠的选修课上初次学习电场感应的技术知识，到如今和团队伙伴们一起制作出能够真正帮助帕金森患者的早筛仪器，的确受益颇深，“在一年多的时间里，我和同伴们紧密合作，在无数个白天与夜晚一起讨论技术的应用方式、修改方案，共同在宝贵的备赛过程中学习和进步。” “我比从前更加明白努力在科学创新中的意义，我知道了灵感是启动科学创造这个发动机的电火花，而努力就是让发动机轰鸣运转起来的不可或缺的燃料。”田一丁对此深有感触。他还希望，能够在不久的将来在养老院和社区诊所普及“普易筛”帕金森病早筛仪器，让更多的帕金森病潜在患者能够及早扫除病痛的阴霾，享受更健康更美好的蓝天。
