基本信息
- 项目名称：
- 便携式多通道心电仪
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 生命科学
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 根据人体心电12导联原理，实现同时利用8个通道对人体心电信号（包括极脑电信号）进行实时同步采样之后，通过高精度的A/D芯片实时转换成数字信号，再由一款超低功耗的单片机MSP430处理后，采用多种传输方式，包括串口、网口、蓝牙上传给上位机，进行信号处理，并实时显示心电波形。
- 详细介绍：
- 本作品系统为完整电路系统，按照功能分为４个部分： 1.电源设计 采用外置5V电源做为整套设备的总体供电，经过电源转换芯片为系统各模块分配不同的供电电源； 2.心电采集设计 采用业界最新的一体化采集芯片——ADS1298，外部配2.048MHz的晶振做采集板系统时钟，也可配置寄存器利用内部晶振，根据人体12导联原理，利用8通道对人体心电信号进行采集，通过SPI数据传输方式，将数字信号传递给主控板，其芯片大小仅有8mm*8mm； 3.微控制处理电路设计 采用MSP430F2619做为主控芯片，外置25MHZ晶振做为系统时钟，同时搭配SP3220做为串口芯片，W5100网口芯片，以及预置的蓝牙模块，采用不同数据传输方式对心电信号进行合理传输，并且附带4个 SMA接头，进行模拟信号的输出，因此主控制板具有良好的可扩展性，可做为各种数据采集以及存储的模块，可编程实现其功能。 4.接口设计 本设计共有三种不同的接口设计，包括串口，网口以及预置的蓝牙模块，其中串口以6MHz为时钟频率，采用两种不同的串行协议RS232和RS485；网口采用W5100为数据接口芯片，经试验证实，网口传输速率为100Mbps，大大高于串口，可做为高速数据传输途径，而蓝牙做为发展已经相当成熟的接口技术，采用2.4GHz ISM为全球通用的频段，传输速率为1Mb/s，时分双工传输方案被用来实现全双工传输，使用IEEE802.15协议。
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
- 目的： 针对人体常见心电特征，采用一体化方案，设计一款具有超低功耗的便携小型化全功能心电监测仪器，可以通过串口、网口、蓝牙等方式传递数据给通用平台（计算机、手机等），广泛用于家庭病床、养老院、敏感人群随身携带等环境。 基本思路： 采用最新的一体化心电采集设计，结合超低功耗MSP430微控制芯片，在电磁兼容平衡的前提下减少电路尺寸，实现高度集成的设计。 创新点： 1.超小尺寸：原版100mm*70mm*36mm，小于市面上一般心电仪，新版仅为一般信用卡大小； 2.超低功耗：原版整体功耗不足0.5W，新版功耗更低； 3.多通道：根据十二导联原理，八通道同步实时采集； 4.模块特点：最新单芯片多导联方案，8通道选择开启/关闭模式，自动脱落检测，自动增益调节，可软件编程实现脑电信号监测。 技术关键： 1.超小型设计：利用8mm*8mmBGA封装的一体化心电采集芯片； 2.电磁兼容（EMC）设计： a.系统布局，让元件合理分区，使信号耦合最小； b.PCB板双面设计，将EMC敏感部分与非敏感部分分开； c.接地处理，将数字和模拟部分通过磁珠相连，满足电磁兼容要求； 3.接口设计：集成了串口，网口，蓝牙数据传输方式。 关键技术：超小型，多通道集成微弱信号检测 技术指标： 1.采样率：250sps 2.采样位数：24位 3.功耗：0.75mW/每通道 4.增益：1/2/3/4/6/8/12 5.传输速率：串口115200bps，网口100Mbps
科学性、先进性
- 与现有技术相比，本作品具有突出的实质性技术特点和显著进步，表现在以下几个方面： (1)超低功耗，每个通道所耗功率<0.75mW，芯片总共损耗功率不足6mW，符合现如今提倡的低碳标准； (2)超小尺寸，新版尺寸和信用卡一般大小，满足便携式的要求，也符合当下医疗器械发展的主流方向； (3)无线传输，打破传统的心电数据传输方式，同时又降低本套系统的功耗，经预测计算，当采用Zigbee技术（已经在进行当中）后，一块锂电池可让整套设备不间断工作30天左右； (4)蓝牙功能，可与手机蓝牙相接，直接通过网络将数据上传到医院等； (5)具有良好的可扩展性，主控制板可做为各种数据采集以及存储的模块；
获奖情况及鉴定结果
- 参加北京理工大学“世纪杯”竞赛，并入围特等奖评选；
作品所处阶段
- 已经完成两版，实现通过串口、网口、蓝牙传递心电数据，达到预期目标，现在正在加Zigbee技术
技术转让方式
- 合作商品化，利益共享
作品可展示的形式
- 实物产品、现场演示
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
- （1）实验平台 主控制板具有良好的可扩展性，可做为各种数据采集以及存储的模块，可编程实现其功能； （2）医疗电子领域 用户可在家，通过蓝牙将用户自身的心电数据利用手机上传到医院网络，医生诊断后，将分析情况返回用户，操作简单，更人性化； （3）体育运动/军事训练领域 将便携式的心电仪固定于运动员胸前从而采集心电数据，便于教练等随时观察运动员身体情况，从而制定更加符合运动员生理条件的训练计划，从而对一些突发事件（如猝死）进行最大可能的处理 （4） 科学研究 长期携带，可用于航天员的不间断长时间监控。 与国外相比，目前国内市场在医疗器械的发展上处于起步阶段，而尤其是在面向大众化、家庭化的广泛和重要的应用，潜力巨大，而且在不久的将来，中国将会毫无疑问地步入老龄化社会，因此更多的老龄人群需要对自己的健康了如指掌，从这个方面来说，其经济效益不言而喻。
同类课题研究水平概述
- 当前心电仪分为病房监护型和动态携带型，病床监护型体积巨大、价格昂贵，对偶发、短暂心律失常无法实时监测；动态携带型心电仪虽可进行全天时心电记录，但目前总体上价格还非常昂贵，功耗上也决定不能长期便携。 目前，在心电机的研制中占主要地位的是以德国、日本为主的发达国家，而国内心电图机的发展，特别是在家用心电图机领域中，较为缓慢，水平也比较落后，虽然日本、德国等国家已经研制出家用数字心电图机，但进口的心电图机的价格对于国内的消费水平是难以接受的，因此很难走进中国的普通家庭。 在中国的便携式心电图市场中，欧美的品牌居多。其产品凭借测量数据精确、电池工作时间长等特点，而成为中国市场上畅销产品，其中，做为最早进入中国医疗器械市场国外品牌之一，GE医疗集团抓住中国新一轮医改的机会，推出针对中国农村市场开发的便携式心电图仪等，将使得 GE医疗器械销售收入翻倍增长。同样，西门子和飞利浦等跨国医疗器械巨头们，近几年都将在中国基层医疗市场上投入巨大精力，研制新的便携式心电监测仪。 参考文献： 【1】杨雪，吴水才，张松，白艳萍.家庭心电远程监护系统的应用现状及发展.中国组织工程研究与临床康复[J]，2007， V11（22） 【2】林善美.基于蓝牙通信的心电采集系统的设计[D],2009,北京邮电大学 【3】郭成军，张英川，刘冰.心室颤动初始节律的动态心电图观察[J].中华心血管病杂志,2004,(8) 【4】安铁峰，蒋小燕，张进军，赵永春，张玲.无线网络传输移动心电监护系统在院前急救中的应用[J].中国全科医学, 2009,(6) 【5】李维姣，赖大坤，邬小玫，方祖祥.便携式移动监护仪的电池与电源管理[J].中国医疗器械杂志 ,2009,(1) 【6】王青森，袁中凡.基于MSP430F149单片机的心脏健康实时监护系统的设计[J].中国科技信息 ,2008,(12) 【7】Bai J.Zhang Y.Shen D .A portable ECG and blood pressure telemonitoring system[J] ,1999,(04)
