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基本信息
- 項(xiàng)目名稱：
- 基于非接觸電極的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)
- 來(lái)源：
- 第十一屆“挑戰(zhàn)杯”國(guó)賽作品
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作B類
- 簡(jiǎn)介：
- 基于非接觸電極的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng) 本作品旨在實(shí)現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)護(hù)與無(wú)線通信的完美結(jié)合，突破傳統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)的局限，使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、任何地點(diǎn)獲得生理監(jiān)護(hù)，便利、高效和安全地為使用者提供健康資訊、輔助診斷等新型服務(wù)。 本作品包括心電監(jiān)護(hù)儀，通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)護(hù)中心三大部分。心電監(jiān)護(hù)儀通過非接觸式心電電極，測(cè)量心電信號(hào)，計(jì)算并顯示如心率等相關(guān)參數(shù)，如果發(fā)現(xiàn)心率異?；蛴脩羟缶葧r(shí)發(fā)出報(bào)警信號(hào)。用戶的心電信號(hào)通過GPRS發(fā)送模塊發(fā)送到設(shè)在監(jiān)護(hù)中心的服務(wù)器。 監(jiān)護(hù)中心的心電智能分析服務(wù)器完成對(duì)監(jiān)護(hù)中心的服務(wù)器上的心電數(shù)據(jù)的自動(dòng)分析，在緊急情況下向監(jiān)護(hù)終端發(fā)出信息。監(jiān)護(hù)中心的工作站上可以實(shí)時(shí)觀察病人的異常心電信號(hào)，并可對(duì)異常病人的心電數(shù)據(jù)的進(jìn)行快速檢索，供醫(yī)生高速回放心電信號(hào)，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。 作品實(shí)現(xiàn)的主要功能如下：①心電信號(hào)非接觸式測(cè)量②信號(hào)的無(wú)線通信傳遞③異常情況的緊急報(bào)警④監(jiān)護(hù)終端智能分析、輔助診斷。
- 詳細(xì)介紹：
- 本作品（基于非接觸電極的遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)系統(tǒng)）包括心電監(jiān)護(hù)儀，通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)護(hù)中心三大部分。 一、心電監(jiān)護(hù)儀 心電監(jiān)護(hù)儀包括：非接觸式心電測(cè)量電路、心電監(jiān)護(hù)儀裝置。 1、 非接觸式心電測(cè)量電路 非接觸式測(cè)量利用電容耦合感應(yīng)技術(shù)，可以在遠(yuǎn)離皮膚達(dá)一定距離（如隔著衣服，一般可達(dá)到1-3mm）的情況下測(cè)得人體信號(hào)（如心電信號(hào)）。本作品利用電極和人體之間的容性耦合來(lái)實(shí)現(xiàn)信號(hào)檢測(cè)。其原理為通過由測(cè)量電極，絕緣體和被測(cè)者皮膚之間容性耦合的電容，檢測(cè)到變化的生物電壓。 我們制作的整個(gè)電極部分精細(xì)輕巧，使整個(gè)心電測(cè)量過程變得簡(jiǎn)單、易于操作。 在信號(hào)處理電路方面，我們?cè)O(shè)計(jì)制作了包括前置放大、高通濾波、低通濾波、工頻陷波、次級(jí)放大等對(duì)心電信號(hào)進(jìn)行預(yù)處理的電路，實(shí)現(xiàn)了對(duì)采集到的非接觸式心電信號(hào)的初步調(diào)理。 2、 心電監(jiān)護(hù)儀裝置 該監(jiān)護(hù)儀裝置能夠完成心電信號(hào)的采集，心率參數(shù)的計(jì)算以及與無(wú)線GPRS模塊的串行通信等功能。 硬件設(shè)計(jì)以超低功耗處理器為MSP430F449控制核心，資源豐富，大大簡(jiǎn)化了硬件電路的設(shè)計(jì)。硬件外圍電路由電源管理模塊、電極輸入連接、按鍵輸入電路、LCD 顯示電路、GPRS通信電路、FLASH 存儲(chǔ)芯片、報(bào)警模塊等構(gòu)成。 監(jiān)護(hù)儀裝置軟件實(shí)現(xiàn)了管理控制指令的發(fā)出、按鍵等的中斷響應(yīng)、A/D轉(zhuǎn)換、心電信號(hào)的預(yù)處理、心率等參數(shù)計(jì)算算法、GPRS無(wú)線通信等功能。 二、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò) 主要通過GPRS發(fā)送模塊Q39連接前端的監(jiān)護(hù)與通信網(wǎng)絡(luò)，最終將信號(hào)傳輸?shù)奖O(jiān)護(hù)中心。利用發(fā)送模塊Q39將用戶的心電信號(hào)通過GPRS網(wǎng)絡(luò)無(wú)線實(shí)時(shí)傳輸?shù)皆O(shè)在監(jiān)護(hù)中心的服務(wù)器。GPRS又稱無(wú)線分組服務(wù)，用于在GSM網(wǎng)絡(luò)上傳輸數(shù)據(jù)。與監(jiān)護(hù)中心的遠(yuǎn)程通信通過GPRS技術(shù)將心電數(shù)據(jù)接入網(wǎng)絡(luò)實(shí)現(xiàn)。 三、監(jiān)護(hù)中心 監(jiān)護(hù)中心包括中央服務(wù)器和醫(yī)生工作站兩部分，功能簡(jiǎn)述如下： 中央服務(wù)器同時(shí)接收來(lái)自心電監(jiān)護(hù)裝置及醫(yī)生工作站發(fā)送的連接請(qǐng)求，對(duì)于通過GPRS傳送的心電數(shù)據(jù)，將其送至智能分析模塊后與分析結(jié)果共同存入數(shù)據(jù)庫(kù)中；若數(shù)據(jù)標(biāo)志位有報(bào)警信息，則立刻查找該病人的負(fù)責(zé)醫(yī)生并將相關(guān)數(shù)據(jù)發(fā)送至該醫(yī)生對(duì)應(yīng)工作站，以便醫(yī)生及時(shí)做出診斷處置。 醫(yī)生工作站是醫(yī)護(hù)人員工作的平臺(tái)，可以實(shí)現(xiàn)對(duì)病人信息的建立、修改、查詢等功能，當(dāng)醫(yī)生登錄后，可根據(jù)醫(yī)生的需要生成負(fù)責(zé)病人列表以及最近數(shù)據(jù)更新列表以查看對(duì)應(yīng)數(shù)據(jù)信息，包括心電波形、病人信息以及智能分析結(jié)論等數(shù)據(jù)，醫(yī)生即可以據(jù)此對(duì)病人狀況做出診斷，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程監(jiān)控的心電監(jiān)護(hù)功能。
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)
- 一、作品創(chuàng)作目的: 本作品旨在實(shí)現(xiàn)醫(yī)療監(jiān)護(hù)與無(wú)線通信的完美結(jié)合，突破傳統(tǒng)醫(yī)療監(jiān)護(hù)的局限，使人們?cè)谌魏螘r(shí)間、任何地點(diǎn)獲得生理監(jiān)護(hù)，便利、高效和安全地為使用者提供健康資訊、輔助診斷等新型服務(wù)。 二、作品基本思路: 本作品由心電監(jiān)護(hù)儀，通信網(wǎng)絡(luò)，監(jiān)護(hù)中心組成。心電監(jiān)護(hù)儀非接觸式地測(cè)量心電信號(hào)，顯示心率等參數(shù)，異常情況下報(bào)警；用戶心電信號(hào)通過GPRS模塊發(fā)送到監(jiān)護(hù)中心，監(jiān)護(hù)中心對(duì)數(shù)據(jù)自動(dòng)分析，緊急情況下報(bào)警，并可實(shí)時(shí)觀察心電信號(hào)，對(duì)異常心電進(jìn)行快速檢索，供醫(yī)生高速回放，進(jìn)行遠(yuǎn)程診斷。作品主要功能：①心電信號(hào)非接觸測(cè)量 ②無(wú)線通信傳輸 ③異常情況緊急報(bào)警 ④監(jiān)護(hù)終端智能分析。 三、創(chuàng)新點(diǎn): 國(guó)內(nèi)外類似系統(tǒng)存在不足需改進(jìn)，如接觸式對(duì)長(zhǎng)時(shí)監(jiān)護(hù)的限制，數(shù)據(jù)無(wú)線傳輸系統(tǒng)不完善等。而本作品擁有自主設(shè)計(jì)制作的非接觸式電極等關(guān)鍵技術(shù)，具有以下創(chuàng)新點(diǎn):①非接觸式 ②長(zhǎng)時(shí)監(jiān)護(hù) ③可移動(dòng)性 ④實(shí)時(shí)有效 ⑤遠(yuǎn)程監(jiān)控 ⑥適用廣泛 四、技術(shù)關(guān)鍵 ①移動(dòng)狀態(tài)非接觸測(cè)量：非接觸心電信號(hào)微弱，易受干擾，國(guó)內(nèi)尚無(wú)成熟產(chǎn)品。我們通過制作高靈敏度電極，得到高信噪比信號(hào)，并研制高集成化電路，使監(jiān)護(hù)儀易攜帶，移動(dòng)性高。 ②長(zhǎng)時(shí)間通信、海量信號(hào)實(shí)時(shí)分析：在保證數(shù)據(jù)的穩(wěn)定性、有效性和安全性的同時(shí)，采用低功耗設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)時(shí)間數(shù)據(jù)通信和海量信號(hào)實(shí)時(shí)分析。 五、主要技術(shù)指標(biāo): ①增益：輸出信號(hào)峰峰值2V ②電源：鋰電池 ③單片機(jī)：超低功耗處理器 ④內(nèi)嵌TCP/IP協(xié)議棧的GPRS模塊 ⑤服務(wù)器：多線程技術(shù)
科學(xué)性、先進(jìn)性
- 本作品集成了非接觸式心電電極、嵌入式系統(tǒng)、移動(dòng)通訊、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)和心電信號(hào)智能分析等領(lǐng)域的先進(jìn)技術(shù)，滿足臨床需要。 一、非接觸式電極--長(zhǎng)時(shí)監(jiān)測(cè)心電信號(hào)： 非接觸式心電電極為最新心電測(cè)量技術(shù)，目前國(guó)際上僅有國(guó)外一家公司提供產(chǎn)品。我們采用自行設(shè)計(jì)制作的非接觸式心電電極，從而不會(huì)產(chǎn)生皮膚感染等問題，突破了長(zhǎng)時(shí)間心電監(jiān)護(hù)的的瓶頸。 二、嵌入式系統(tǒng)--超低功耗、資源豐富： 嵌入式系統(tǒng)以德州儀器公司的低功耗單片機(jī)為核心，具有低電壓、超低功耗；強(qiáng)大的處理能力；豐富的片上外圍模塊等多項(xiàng)特色。 三、移動(dòng)通訊技術(shù)--釋放用戶活動(dòng)范圍： 采用2.5G移動(dòng)網(wǎng)絡(luò)，有效傳輸長(zhǎng)時(shí)心電數(shù)據(jù)。既擴(kuò)展了用戶的使用范圍，又減少了突發(fā)性心臟疾病得不到及時(shí)救助的現(xiàn)象。 四、計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)技術(shù)--遠(yuǎn)程接收心電數(shù)據(jù)：計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)基于TCP/IP協(xié)議，采用客戶機(jī)/服務(wù)器結(jié)構(gòu)。 五、心電智能分析技術(shù)--自動(dòng)分析、輔助診斷:采用心電智能分析技術(shù)可以輔助醫(yī)生進(jìn)行節(jié)律異常，心肌缺血等快速診斷，迅速關(guān)注異常心電，快速進(jìn)行診斷。
獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果
作品所處階段
- 實(shí)驗(yàn)室階段
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 待定
作品可展示的形式
- 實(shí)物、產(chǎn)品、現(xiàn)場(chǎng)演示、圖片
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(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)
- 一、技術(shù)特點(diǎn)及優(yōu)勢(shì) 本作品集成了非接觸式心電測(cè)量技術(shù)，低功耗嵌入式系統(tǒng)設(shè)計(jì)，GPRS通信，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等技術(shù)，解決長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)程心電監(jiān)護(hù)的臨床需求。與目前其他系統(tǒng)相比，本作品使用方便，適用范圍廣泛。 二、推廣前景： 遠(yuǎn)程醫(yī)療是未來(lái)醫(yī)學(xué)發(fā)展的一個(gè)重要方向，在歐美發(fā)達(dá)國(guó)家，已得到廣泛的應(yīng)用。長(zhǎng)時(shí)間遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)為突發(fā)疾病的預(yù)防提供了可能，具有極大的臨床應(yīng)用價(jià)值和廣闊的市場(chǎng)前景。 三、適用范圍，應(yīng)用場(chǎng)合 （一）臨床診斷： 本作品的心電監(jiān)護(hù)數(shù)據(jù)可用于臨床診斷、治療及危重病人救治方案的制定。通過實(shí)時(shí)心電監(jiān)護(hù)能及時(shí)發(fā)現(xiàn)患者的異常狀況，為臨床診斷和治療提供重要依據(jù)。 （二）術(shù)后監(jiān)測(cè)： 本作品可通過監(jiān)護(hù)用戶的生理參數(shù)，監(jiān)視和處理用藥及手術(shù)前后的狀況，檢出變化趨勢(shì)，指出臨危情況，提供醫(yī)生應(yīng)急處理和進(jìn)行治療的依據(jù)，達(dá)到緩解并消除病情的目的。 （三）遠(yuǎn)程醫(yī)療： 本作品可提供醫(yī)院院外遠(yuǎn)程監(jiān)護(hù)、指導(dǎo)患者的平臺(tái)界面，對(duì)需要心電圖長(zhǎng)期監(jiān)護(hù)的患者及異常心電圖難以捕捉的患者都具有非凡的意義。
同類課題研究水平概述
- 一、無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)概述 國(guó)內(nèi)外各大研究機(jī)構(gòu)對(duì)相關(guān)的無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)十分關(guān)注。 無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)主要由生理信息與數(shù)據(jù)采集單元、無(wú)線數(shù)據(jù)通信單元、控制和顯示單元等組成。系統(tǒng)的工作原理是， 首先由控制單元發(fā)出開始監(jiān)測(cè)某項(xiàng)生理參數(shù)的指令， 然后通過無(wú)線數(shù)據(jù)通信單元把指令發(fā)給生理信息與數(shù)據(jù)采集單元，生理信息與數(shù)據(jù)采集單元對(duì)人體生理信號(hào)進(jìn)行采集后通過無(wú)線數(shù)據(jù)通信單元將數(shù)據(jù)傳給控制和顯示單元中的信息處理模塊；控制和顯示單元，一方面對(duì)接收到的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示，另一方面將結(jié)果數(shù)據(jù)存入數(shù)據(jù)庫(kù)供檢索和回放。無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的核心是生理信息與數(shù)據(jù)采集單元和無(wú)線數(shù)據(jù)通信單元。 二、國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究 針對(duì)于采用無(wú)線技術(shù)進(jìn)行心電等相關(guān)人體參數(shù)的監(jiān)護(hù)也成為各大研究所的關(guān)注焦點(diǎn)，主要包括QUARSAR公司的非接觸電極，哈佛大學(xué)的CodeBlue系統(tǒng)、NASA阿莫斯實(shí)驗(yàn)室和斯坦福大學(xué)合作開發(fā)的LifeGuard系統(tǒng)、東芝公司的Lifeminder系統(tǒng)、上海大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程研究所研制的無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)等。 三、本作品優(yōu)勢(shì) 目前國(guó)內(nèi)外相關(guān)研究也都存在各自的優(yōu)缺點(diǎn)。存在很多不足的地方需要改進(jìn)，比如非接觸式心電信號(hào)的檢測(cè)比常規(guī)的心電圖機(jī)的信噪比要差，人體的微動(dòng)會(huì)有很大的干擾等，以及數(shù)據(jù)的無(wú)線傳輸通信系統(tǒng)不完善等。相對(duì)于國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有系統(tǒng)，本作品具有以下優(yōu)勢(shì)： ①實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程傳輸，不一定需要把數(shù)據(jù)傳輸?shù)交局螅到y(tǒng)才可以繼續(xù)進(jìn)行生理信息的采集和記錄，這大大提高了系統(tǒng)運(yùn)行的效率和可靠性； ②本作品的非接觸式方式很好地解決了接觸式所帶來(lái)的問題，很大程度上方便了用戶； ③本作品實(shí)現(xiàn)了超低功率感應(yīng)、計(jì)算，通信所需的硬件體系結(jié)構(gòu)； ④本作品實(shí)現(xiàn)醫(yī)療信息系統(tǒng)的交互使用中的隱私性和可靠性； ⑤本作品已實(shí)現(xiàn)無(wú)線網(wǎng)絡(luò)擁塞控制等； ⑥本作品在PC平臺(tái)方面已實(shí)現(xiàn)較全面的數(shù)據(jù)瀏覽程序、離線分析工具等功能； 鑒于無(wú)線醫(yī)療監(jiān)護(hù)系統(tǒng)的市場(chǎng)前景和非接觸式心電測(cè)量的趨勢(shì)，我們的作品更具有較強(qiáng)的創(chuàng)新性、深刻的研究意義和廣闊的發(fā)展空間。
