基本信息
- 项目名称：
- 基于非接触电极的远程心电监护系统
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 基于非接触电极的远程心电监护系统 本作品旨在实现医疗监护与无线通信的完美结合，突破传统医疗监护的局限，使人们在任何时间、任何地点获得生理监护，便利、高效和安全地为使用者提供健康资讯、辅助诊断等新型服务。 本作品包括心电监护仪，通信网络，监护中心三大部分。心电监护仪通过非接触式心电电极，测量心电信号，计算并显示如心率等相关参数，如果发现心率异常或用户求救时发出报警信号。用户的心电信号通过GPRS发送模块发送到设在监护中心的服务器。 监护中心的心电智能分析服务器完成对监护中心的服务器上的心电数据的自动分析，在紧急情况下向监护终端发出信息。监护中心的工作站上可以实时观察病人的异常心电信号，并可对异常病人的心电数据的进行快速检索，供医生高速回放心电信号，进行远程诊断。 作品实现的主要功能如下：①心电信号非接触式测量②信号的无线通信传递③异常情况的紧急报警④监护终端智能分析、辅助诊断。
- 详细介绍：
- 本作品（基于非接触电极的远程心电监护系统）包括心电监护仪，通信网络，监护中心三大部分。 一、心电监护仪 心电监护仪包括：非接触式心电测量电路、心电监护仪装置。 1、 非接触式心电测量电路 非接触式测量利用电容耦合感应技术，可以在远离皮肤达一定距离（如隔着衣服，一般可达到1-3mm）的情况下测得人体信号（如心电信号）。本作品利用电极和人体之间的容性耦合来实现信号检测。其原理为通过由测量电极，绝缘体和被测者皮肤之间容性耦合的电容，检测到变化的生物电压。 我们制作的整个电极部分精细轻巧，使整个心电测量过程变得简单、易于操作。 在信号处理电路方面，我们设计制作了包括前置放大、高通滤波、低通滤波、工频陷波、次级放大等对心电信号进行预处理的电路，实现了对采集到的非接触式心电信号的初步调理。 2、 心电监护仪装置 该监护仪装置能够完成心电信号的采集，心率参数的计算以及与无线GPRS模块的串行通信等功能。 硬件设计以超低功耗处理器为MSP430F449控制核心，资源丰富，大大简化了硬件电路的设计。硬件外围电路由电源管理模块、电极输入连接、按键输入电路、LCD 显示电路、GPRS通信电路、FLASH 存储芯片、报警模块等构成。 监护仪装置软件实现了管理控制指令的发出、按键等的中断响应、A/D转换、心电信号的预处理、心率等参数计算算法、GPRS无线通信等功能。 二、无线通信网络 主要通过GPRS发送模块Q39连接前端的监护与通信网络，最终将信号传输到监护中心。利用发送模块Q39将用户的心电信号通过GPRS网络无线实时传输到设在监护中心的服务器。GPRS又称无线分组服务，用于在GSM网络上传输数据。与监护中心的远程通信通过GPRS技术将心电数据接入网络实现。 三、监护中心 监护中心包括中央服务器和医生工作站两部分，功能简述如下： 中央服务器同时接收来自心电监护装置及医生工作站发送的连接请求，对于通过GPRS传送的心电数据，将其送至智能分析模块后与分析结果共同存入数据库中；若数据标志位有报警信息，则立刻查找该病人的负责医生并将相关数据发送至该医生对应工作站，以便医生及时做出诊断处置。 医生工作站是医护人员工作的平台，可以实现对病人信息的建立、修改、查询等功能，当医生登录后，可根据医生的需要生成负责病人列表以及最近数据更新列表以查看对应数据信息，包括心电波形、病人信息以及智能分析结论等数据，医生即可以据此对病人状况做出诊断，实现远程监控的心电监护功能。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 一、作品创作目的: 本作品旨在实现医疗监护与无线通信的完美结合，突破传统医疗监护的局限，使人们在任何时间、任何地点获得生理监护，便利、高效和安全地为使用者提供健康资讯、辅助诊断等新型服务。 二、作品基本思路: 本作品由心电监护仪，通信网络，监护中心组成。心电监护仪非接触式地测量心电信号，显示心率等参数，异常情况下报警；用户心电信号通过GPRS模块发送到监护中心，监护中心对数据自动分析，紧急情况下报警，并可实时观察心电信号，对异常心电进行快速检索，供医生高速回放，进行远程诊断。作品主要功能：①心电信号非接触测量 ②无线通信传输 ③异常情况紧急报警 ④监护终端智能分析。 三、创新点: 国内外类似系统存在不足需改进，如接触式对长时监护的限制，数据无线传输系统不完善等。而本作品拥有自主设计制作的非接触式电极等关键技术，具有以下创新点:①非接触式 ②长时监护 ③可移动性 ④实时有效 ⑤远程监控 ⑥适用广泛 四、技术关键 ①移动状态非接触测量：非接触心电信号微弱，易受干扰，国内尚无成熟产品。我们通过制作高灵敏度电极，得到高信噪比信号，并研制高集成化电路，使监护仪易携带，移动性高。 ②长时间通信、海量信号实时分析：在保证数据的稳定性、有效性和安全性的同时，采用低功耗设计，实现长时间数据通信和海量信号实时分析。 五、主要技术指标: ①增益：输出信号峰峰值2V ②电源：锂电池 ③单片机：超低功耗处理器 ④内嵌TCP/IP协议栈的GPRS模块 ⑤服务器：多线程技术
科学性、先进性
- 本作品集成了非接触式心电电极、嵌入式系统、移动通讯、计算机网络和心电信号智能分析等领域的先进技术，满足临床需要。 一、非接触式电极--长时监测心电信号： 非接触式心电电极为最新心电测量技术，目前国际上仅有国外一家公司提供产品。我们采用自行设计制作的非接触式心电电极，从而不会产生皮肤感染等问题，突破了长时间心电监护的的瓶颈。 二、嵌入式系统--超低功耗、资源丰富： 嵌入式系统以德州仪器公司的低功耗单片机为核心，具有低电压、超低功耗；强大的处理能力；丰富的片上外围模块等多项特色。 三、移动通讯技术--释放用户活动范围： 采用2.5G移动网络，有效传输长时心电数据。既扩展了用户的使用范围，又减少了突发性心脏疾病得不到及时救助的现象。 四、计算机网络技术--远程接收心电数据：计算机网络基于TCP/IP协议，采用客户机/服务器结构。 五、心电智能分析技术--自动分析、辅助诊断:采用心电智能分析技术可以辅助医生进行节律异常，心肌缺血等快速诊断，迅速关注异常心电，快速进行诊断。
获奖情况及鉴定结果
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 待定
作品可展示的形式
- 实物、产品、现场演示、图片
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 一、技术特点及优势 本作品集成了非接触式心电测量技术，低功耗嵌入式系统设计，GPRS通信，计算机网络等技术，解决长时间远程心电监护的临床需求。与目前其他系统相比，本作品使用方便，适用范围广泛。 二、推广前景： 远程医疗是未来医学发展的一个重要方向，在欧美发达国家，已得到广泛的应用。长时间远程监护为突发疾病的预防提供了可能，具有极大的临床应用价值和广阔的市场前景。 三、适用范围，应用场合 （一）临床诊断： 本作品的心电监护数据可用于临床诊断、治疗及危重病人救治方案的制定。通过实时心电监护能及时发现患者的异常状况，为临床诊断和治疗提供重要依据。 （二）术后监测： 本作品可通过监护用户的生理参数，监视和处理用药及手术前后的状况，检出变化趋势，指出临危情况，提供医生应急处理和进行治疗的依据，达到缓解并消除病情的目的。 （三）远程医疗： 本作品可提供医院院外远程监护、指导患者的平台界面，对需要心电图长期监护的患者及异常心电图难以捕捉的患者都具有非凡的意义。
同类课题研究水平概述
- 一、无线医疗监护系统概述 国内外各大研究机构对相关的无线医疗监护系统十分关注。 无线医疗监护系统主要由生理信息与数据采集单元、无线数据通信单元、控制和显示单元等组成。系统的工作原理是， 首先由控制单元发出开始监测某项生理参数的指令， 然后通过无线数据通信单元把指令发给生理信息与数据采集单元，生理信息与数据采集单元对人体生理信号进行采集后通过无线数据通信单元将数据传给控制和显示单元中的信息处理模块；控制和显示单元，一方面对接收到的数据进行处理和显示，另一方面将结果数据存入数据库供检索和回放。无线医疗监护系统的核心是生理信息与数据采集单元和无线数据通信单元。 二、国内外相关研究 针对于采用无线技术进行心电等相关人体参数的监护也成为各大研究所的关注焦点，主要包括QUARSAR公司的非接触电极，哈佛大学的CodeBlue系统、NASA阿莫斯实验室和斯坦福大学合作开发的LifeGuard系统、东芝公司的Lifeminder系统、上海大学生物医学工程研究所研制的无线医疗监护系统等。 三、本作品优势 目前国内外相关研究也都存在各自的优缺点。存在很多不足的地方需要改进，比如非接触式心电信号的检测比常规的心电图机的信噪比要差，人体的微动会有很大的干扰等，以及数据的无线传输通信系统不完善等。相对于国内外现有系统，本作品具有以下优势： ①实现远程传输，不一定需要把数据传输到基站之后，系统才可以继续进行生理信息的采集和记录，这大大提高了系统运行的效率和可靠性； ②本作品的非接触式方式很好地解决了接触式所带来的问题，很大程度上方便了用户； ③本作品实现了超低功率感应、计算，通信所需的硬件体系结构； ④本作品实现医疗信息系统的交互使用中的隐私性和可靠性； ⑤本作品已实现无线网络拥塞控制等； ⑥本作品在PC平台方面已实现较全面的数据浏览程序、离线分析工具等功能； 鉴于无线医疗监护系统的市场前景和非接触式心电测量的趋势，我们的作品更具有较强的创新性、深刻的研究意义和广阔的发展空间。
