据《哮喘防治袖珍指南(2023年版)》统计数据显示,全球17%的哮喘病人有治疗困难的问题,若能有效控制恶化因子、正确用药,该比例会减少到3.7%。

然而,临床研究表明,吸入型药物使用错误率高、药物遵从性差,且呼吸道慢病的发作难以预测。传统哮喘管理辅助产品无法仿真实际用药情形,可能会干扰药物使用。而院内病案管理方式多为手动记录,对于依从性较低的病患病情控制率不高,例如儿童哮喘患者。

清华大学博士房昱安与北京大学硕士张谋伟由此出发,他们希望通过“水木呼吸”改善患者使用方式,提升医院内呼吸道慢病的管理效率,让一个医生能够同时有效地管理50到100个,甚至500个病患。

“水木呼吸”是一款针对呼吸道慢性疾病的创新医疗解决方案,是今年戴森设计大奖中国大陆赛区冠军。该设计采用声学气流转换技术,集成了传感芯片系统、物联网智慧算法,能够指导病患正确使用药物,规范用药流程,并实时监测生理指标。在患者使用药物时,系统能够自动记录用药频率和用药情况,供医生进行线上诊疗。

目前,该团队正在和清华大学附属北京清华长庚医院儿科进行合作,建立院内个案管理体系。后期,将收集更多数据,完成相关数据库建设,在采集足够多样本信息后,利用大数据算法协助药企进行吸入药物的药械开发。

“我们希望“水木呼吸”能成为一种连接医生、病患、家属、药企的低成本‘数字呼吸桥梁’。”

以下是我们与“水木呼吸”团队的对话

Q1:请问最初参加戴森设计大奖是出于什么样的考量?如今经历了从创作到评审再到现在入围决赛获得冠军,为整个团队带来了什么启发?

“水木呼吸”团队:我们团队的作品其实是非常符合大奖的宗旨和戴森的设计理念,即设计一个解决问题的方案,所以选择报名参赛。通过集成电路和工程相关的专业知识,把声学和气流转换的技术与吸入型药物结合,目的是解决慢呼吸道疾病管理的问题。

在比赛的过程中,我们收获了来自许多专业评委的建议,对作品的迭代方向和后续商业推广规划有很大的帮助。同时,和其他选手进行同台竞技的时候,也了解到各式各样作品设计背后的想法,例如不同背景的工程师对产品设计方向的影响。

Q2:从技术研发到产品落地,团队经历的最大挑战是什么?又是如何克服的?

“水木呼吸”团队:我们的目的是将气压值与气流转换方式换算,利用声音信号测算患者用药时吸入的气流值。为此,花费了3年时间进行产品迭代,其中2年时间都是在攻克如何将声音信号与气流值转换,将声音感测芯片系统集成到吸入型药物的底座。

“水木呼吸”第一代设计是利用嘴套集成气流感测芯片,嘴套安装至吸入制剂后可直接使用药物。并在医院进行相关实验以验证产品思路,经过实际用药吸入与抽气泵仿真结果校对后,确认能直接利用嘴套微型气压计测算并得知患者用药时产生吸入气流值。

但我们发现,在有嘴套的情况下无法沿用原本吸入制剂自带的防尘无菌盖子,如果自行设计药物盖子,会影响产品本身的安全性,并且需要重新开发吸入型药物。因此,团队决定只利用声学传感器,只使用集成在吸入器底部的麦克风感测芯片系统采集病患用药声音。通过深度学习以及实际测试病患用药时所产生的气压进行运算,对比两者结果后即可推算出用药时吸入气流值。这样的设计大大提升了产品的适配性。

在迭代过程中,团队也在去除背景噪音这方面下了很多功夫。为了完善用药声音对应的气压值,减少噪音对声学感测准确性的影响,我们模仿了乐器音箱设计产品底座结构。

Q3:未来,对于产品的市场推广,团队有哪些规划和期待?

“水木呼吸”团队:在2022年4月由中国哮喘联盟发表全国移动哮喘评估管理e计划,说明我国哮喘管理依然处于起步阶段,相信哮喘管理系统以及相关软硬件产业将会飞速发展。希望“水木呼吸”能成为一种连接医生、病患、家属、药企的低成本“数字呼吸桥梁”。

目前,“水木呼吸”正在和长庚医院儿科合作,建立院内病案管理体系。未来,希望能推广该体系到更多医院,提供更直观、智能的管理方式,提高“护患比”和管理效率。

后续,我们希望在全国各地社区卫生服务站提供免费教学,教会老人及小孩如何正确使用吸入制剂,并推广产品,让病患能够回家进行自主病情管理,按时、正确使用药物。通过收集数据,完成相关数据库建设,实现长期用药个人哮喘管理功能。

相信在药物国产化政策的推动下,药械联合开发的重要性会逐步提升,通过药械大数据完善智能医疗亦会形成一个方向,而吸入器本身就是药械联动的药物投放方式。在大数据算法采集足够多样本信息后,我们希望将“水木呼吸”产品及慢病管理系统业务拓展至B端,支持相关企业开展健康管理项目计划,协助建立药物吸入模型,支持药械开发。