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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 便攜式多通道心電儀
- 小類：
- 生命科學(xué)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡介：
- 根據(jù)人體心電12導(dǎo)聯(lián)原理，實(shí)現(xiàn)同時(shí)利用8個(gè)通道對(duì)人體心電信號(hào)（包括極腦電信號(hào)）進(jìn)行實(shí)時(shí)同步采樣之后，通過高精度的A/D芯片實(shí)時(shí)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)，再由一款超低功耗的單片機(jī)MSP430處理后，采用多種傳輸方式，包括串口、網(wǎng)口、藍(lán)牙上傳給上位機(jī)，進(jìn)行信號(hào)處理，并實(shí)時(shí)顯示心電波形。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品系統(tǒng)為完整電路系統(tǒng)，按照功能分為４個(gè)部分： 1.電源設(shè)計(jì) 采用外置5V電源做為整套設(shè)備的總體供電，經(jīng)過電源轉(zhuǎn)換芯片為系統(tǒng)各模塊分配不同的供電電源； 2.心電采集設(shè)計(jì) 采用業(yè)界最新的一體化采集芯片——ADS1298，外部配2.048MHz的晶振做采集板系統(tǒng)時(shí)鐘，也可配置寄存器利用內(nèi)部晶振，根據(jù)人體12導(dǎo)聯(lián)原理，利用8通道對(duì)人體心電信號(hào)進(jìn)行采集，通過SPI數(shù)據(jù)傳輸方式，將數(shù)字信號(hào)傳遞給主控板，其芯片大小僅有8mm*8mm； 3.微控制處理電路設(shè)計(jì) 采用MSP430F2619做為主控芯片，外置25MHZ晶振做為系統(tǒng)時(shí)鐘，同時(shí)搭配SP3220做為串口芯片，W5100網(wǎng)口芯片，以及預(yù)置的藍(lán)牙模塊，采用不同數(shù)據(jù)傳輸方式對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行合理傳輸，并且附帶4個(gè) SMA接頭，進(jìn)行模擬信號(hào)的輸出，因此主控制板具有良好的可擴(kuò)展性，可做為各種數(shù)據(jù)采集以及存儲(chǔ)的模塊，可編程實(shí)現(xiàn)其功能。 4.接口設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)共有三種不同的接口設(shè)計(jì)，包括串口，網(wǎng)口以及預(yù)置的藍(lán)牙模塊，其中串口以6MHz為時(shí)鐘頻率，采用兩種不同的串行協(xié)議RS232和RS485；網(wǎng)口采用W5100為數(shù)據(jù)接口芯片，經(jīng)試驗(yàn)證實(shí)，網(wǎng)口傳輸速率為100Mbps，大大高于串口，可做為高速數(shù)據(jù)傳輸途徑，而藍(lán)牙做為發(fā)展已經(jīng)相當(dāng)成熟的接口技術(shù)，采用2.4GHz ISM為全球通用的頻段，傳輸速率為1Mb/s，時(shí)分雙工傳輸方案被用來實(shí)現(xiàn)全雙工傳輸，使用IEEE802.15協(xié)議。
作品圖片
作品專業(yè)信息
設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)
- 目的： 針對(duì)人體常見心電特征，采用一體化方案，設(shè)計(jì)一款具有超低功耗的便攜小型化全功能心電監(jiān)測(cè)儀器，可以通過串口、網(wǎng)口、藍(lán)牙等方式傳遞數(shù)據(jù)給通用平臺(tái)（計(jì)算機(jī)、手機(jī)等），廣泛用于家庭病床、養(yǎng)老院、敏感人群隨身攜帶等環(huán)境。 基本思路： 采用最新的一體化心電采集設(shè)計(jì)，結(jié)合超低功耗MSP430微控制芯片，在電磁兼容平衡的前提下減少電路尺寸，實(shí)現(xiàn)高度集成的設(shè)計(jì)。 創(chuàng)新點(diǎn)： 1.超小尺寸：原版100mm*70mm*36mm，小于市面上一般心電儀，新版僅為一般信用卡大小； 2.超低功耗：原版整體功耗不足0.5W，新版功耗更低； 3.多通道：根據(jù)十二導(dǎo)聯(lián)原理，八通道同步實(shí)時(shí)采集； 4.模塊特點(diǎn)：最新單芯片多導(dǎo)聯(lián)方案，8通道選擇開啟/關(guān)閉模式，自動(dòng)脫落檢測(cè)，自動(dòng)增益調(diào)節(jié)，可軟件編程實(shí)現(xiàn)腦電信號(hào)監(jiān)測(cè)。 技術(shù)關(guān)鍵： 1.超小型設(shè)計(jì)：利用8mm*8mmBGA封裝的一體化心電采集芯片； 2.電磁兼容（EMC）設(shè)計(jì)： a.系統(tǒng)布局，讓元件合理分區(qū)，使信號(hào)耦合最小； b.PCB板雙面設(shè)計(jì)，將EMC敏感部分與非敏感部分分開； c.接地處理，將數(shù)字和模擬部分通過磁珠相連，滿足電磁兼容要求； 3.接口設(shè)計(jì)：集成了串口，網(wǎng)口，藍(lán)牙數(shù)據(jù)傳輸方式。 關(guān)鍵技術(shù)：超小型，多通道集成微弱信號(hào)檢測(cè) 技術(shù)指標(biāo)： 1.采樣率：250sps 2.采樣位數(shù)：24位 3.功耗：0.75mW/每通道 4.增益：1/2/3/4/6/8/12 5.傳輸速率：串口115200bps，網(wǎng)口100Mbps
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本作品具有突出的實(shí)質(zhì)性技術(shù)特點(diǎn)和顯著進(jìn)步，表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面： (1)超低功耗，每個(gè)通道所耗功率<0.75mW，芯片總共損耗功率不足6mW，符合現(xiàn)如今提倡的低碳標(biāo)準(zhǔn)； (2)超小尺寸，新版尺寸和信用卡一般大小，滿足便攜式的要求，也符合當(dāng)下醫(yī)療器械發(fā)展的主流方向； (3)無線傳輸，打破傳統(tǒng)的心電數(shù)據(jù)傳輸方式，同時(shí)又降低本套系統(tǒng)的功耗，經(jīng)預(yù)測(cè)計(jì)算，當(dāng)采用Zigbee技術(shù)（已經(jīng)在進(jìn)行當(dāng)中）后，一塊鋰電池可讓整套設(shè)備不間斷工作30天左右； (4)藍(lán)牙功能，可與手機(jī)藍(lán)牙相接，直接通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)上傳到醫(yī)院等； (5)具有良好的可擴(kuò)展性，主控制板可做為各種數(shù)據(jù)采集以及存儲(chǔ)的模塊；
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
- 參加北京理工大學(xué)“世紀(jì)杯”競賽，并入圍特等獎(jiǎng)評(píng)選；
作品所處階段
- 已經(jīng)完成兩版，實(shí)現(xiàn)通過串口、網(wǎng)口、藍(lán)牙傳遞心電數(shù)據(jù)，達(dá)到預(yù)期目標(biāo)，現(xiàn)在正在加Zigbee技術(shù)
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 合作商品化，利益共享
作品可展示的形式
- 實(shí)物產(chǎn)品、現(xiàn)場演示
使用說明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- （1）實(shí)驗(yàn)平臺(tái) 主控制板具有良好的可擴(kuò)展性，可做為各種數(shù)據(jù)采集以及存儲(chǔ)的模塊，可編程實(shí)現(xiàn)其功能； （2）醫(yī)療電子領(lǐng)域 用戶可在家，通過藍(lán)牙將用戶自身的心電數(shù)據(jù)利用手機(jī)上傳到醫(yī)院網(wǎng)絡(luò)，醫(yī)生診斷后，將分析情況返回用戶，操作簡單，更人性化； （3）體育運(yùn)動(dòng)/軍事訓(xùn)練領(lǐng)域 將便攜式的心電儀固定于運(yùn)動(dòng)員胸前從而采集心電數(shù)據(jù)，便于教練等隨時(shí)觀察運(yùn)動(dòng)員身體情況，從而制定更加符合運(yùn)動(dòng)員生理?xiàng)l件的訓(xùn)練計(jì)劃，從而對(duì)一些突發(fā)事件（如猝死）進(jìn)行最大可能的處理 （4） 科學(xué)研究 長期攜帶，可用于航天員的不間斷長時(shí)間監(jiān)控。 與國外相比，目前國內(nèi)市場在醫(yī)療器械的發(fā)展上處于起步階段，而尤其是在面向大眾化、家庭化的廣泛和重要的應(yīng)用，潛力巨大，而且在不久的將來，中國將會(huì)毫無疑問地步入老齡化社會(huì)，因此更多的老齡人群需要對(duì)自己的健康了如指掌，從這個(gè)方面來說，其經(jīng)濟(jì)效益不言而喻。
同類課題研究水平概述
- 當(dāng)前心電儀分為病房監(jiān)護(hù)型和動(dòng)態(tài)攜帶型，病床監(jiān)護(hù)型體積巨大、價(jià)格昂貴，對(duì)偶發(fā)、短暫心律失常無法實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)；動(dòng)態(tài)攜帶型心電儀雖可進(jìn)行全天時(shí)心電記錄，但目前總體上價(jià)格還非常昂貴，功耗上也決定不能長期便攜。 目前，在心電機(jī)的研制中占主要地位的是以德國、日本為主的發(fā)達(dá)國家，而國內(nèi)心電圖機(jī)的發(fā)展，特別是在家用心電圖機(jī)領(lǐng)域中，較為緩慢，水平也比較落后，雖然日本、德國等國家已經(jīng)研制出家用數(shù)字心電圖機(jī)，但進(jìn)口的心電圖機(jī)的價(jià)格對(duì)于國內(nèi)的消費(fèi)水平是難以接受的，因此很難走進(jìn)中國的普通家庭。 在中國的便攜式心電圖市場中，歐美的品牌居多。其產(chǎn)品憑借測(cè)量數(shù)據(jù)精確、電池工作時(shí)間長等特點(diǎn)，而成為中國市場上暢銷產(chǎn)品，其中，做為最早進(jìn)入中國醫(yī)療器械市場國外品牌之一，GE醫(yī)療集團(tuán)抓住中國新一輪醫(yī)改的機(jī)會(huì)，推出針對(duì)中國農(nóng)村市場開發(fā)的便攜式心電圖儀等，將使得 GE醫(yī)療器械銷售收入翻倍增長。同樣，西門子和飛利浦等跨國醫(yī)療器械巨頭們，近幾年都將在中國基層醫(yī)療市場上投入巨大精力，研制新的便攜式心電監(jiān)測(cè)儀。 參考文獻(xiàn)： 【1】楊雪，吳水才，張松，白艷萍.家庭心電遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的應(yīng)用現(xiàn)狀及發(fā)展.中國組織工程研究與臨床康復(fù)[J]，2007， V11（22） 【2】林善美.基于藍(lán)牙通信的心電采集系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[D],2009,北京郵電大學(xué) 【3】郭成軍，張英川，劉冰.心室顫動(dòng)初始節(jié)律的動(dòng)態(tài)心電圖觀察[J].中華心血管病雜志,2004,(8) 【4】安鐵峰，蔣小燕，張進(jìn)軍，趙永春，張玲.無線網(wǎng)絡(luò)傳輸移動(dòng)心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)在院前急救中的應(yīng)用[J].中國全科醫(yī)學(xué), 2009,(6) 【5】李維姣，賴大坤，鄔小玫，方祖祥.便攜式移動(dòng)監(jiān)護(hù)儀的電池與電源管理[J].中國醫(yī)療器械雜志 ,2009,(1) 【6】王青森，袁中凡.基于MSP430F149單片機(jī)的心臟健康實(shí)時(shí)監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)[J].中國科技信息 ,2008,(12) 【7】Bai J.Zhang Y.Shen D .A portable ECG and blood pressure telemonitoring system[J] ,1999,(04)
