基本信息
- 项目名称：
- 基于USB的便携式人体呼吸（心跳）门控设备
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- 我们提出了一种基于USB的便携式人体呼吸（心跳）门控设备。该设备由模拟信号接口单元、数字控制单元、USB接口单元以及计算机数据处理软件组成，其中以51系列单片机为核心控制器。该设计在国内属于首创，在数据处理方面具有较高的实时性与智能性。设备体积小、成本低、使用方便，无需外部电源，具有较高的实用价值和应用前景。
- 详细介绍：
- 我们的设备功能为：对传感器获取的人体呼吸（或心跳）信号进行采样，通过USB接口传输到计算机，由处理软件对数据进行实时分析处理，得到人体呼吸（或心跳）的特征参数，反馈到该设备，控制发生标示呼吸（或心跳）平缓期的触发信号，以配合临床诊断上核磁共振成像或者X-CT的成像扫描功能。 我们所研制的设备克服了目前国内呼吸（心跳）门控设备的不足，具有体积小、成本低、使用方便、准确度高等特点，经济效益明显。随着我国医学影像产业的迅速发展，该设备具有良好的应用前景。
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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
- 本项目在于研制一种便携式人体呼吸（心跳）门控设备，该设备集成呼吸门控与心跳门控功能，分别采集呼吸传感器或心跳传感器传来的呼吸或心跳信号，通过USB接口与计算机之间通信，通过计算机进行数据处理，控制发生标示呼吸或心跳平缓期的触发信号，辅助实现成像的扫描。所研制的设备克服了目前国内呼吸（心跳）门控设备的不足，具有体积小、成本低、使用方便、准确度高等特点，能够实时、精确地定位人体呼吸（心跳）的平缓期，满足成像扫描的需要。创新点：1、采用门控设备与计算机相结合，实现呼吸（心跳）门控功能；2、门控设备与计算机之间通过USB进行数据传输；3、实时性强、智能性高的呼吸（心跳）数据处理算法；4、门控设备体积小，成本低；5、门控设备由USB供电，无需外部电源。 关键技术：1、单电压条件下，呼吸信号或心跳信号的精密放大与调理；2、高速而稳健的USB数据传输；3、低功耗，总功率小于2W；4、实时性强、准确度高的呼吸（心跳）数据分析算法。 主要技术指标：1、实现呼吸门控与心跳门控； 2、输入信号幅度动态范围：-50dBm～-16dBm；3、信号采样速率大于100sps，采样字长大于等于 12bit；4、USB通信速率：12Mbps；5、平缓期时间误差：±5%；6、供电方式：USB。
科学性、先进性
- 与国内现有产品相比，本作品具有以下优点： 一、USB（通用串行总线）代替RS-232串口实现单片机与PC机之间的数据传输。 USB优点：通信速率高，达到12Mbps；支持多点接入与热插拔；自行供电；器件成本低。 USB(通用串行总线)是当今流行的计算机通信方式，技术比较成熟。 二、加入实时控制算法，大量减少人工干预，提高了设备的实时性和智能性。 通过对呼吸（心跳）信号的采集，在USB高速数据传输的基础上，计算机执行高性能的呼吸（心跳）信号处理算法，解析其特征参数，反馈给门控设备以输出标示呼吸（心跳）平缓期的触发信号。该设计方案能够实时、精确地定位人体呼吸（心跳）的平缓期，满足成像扫描的需要。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 专利权转让
作品可展示的形式
- 样品，图纸，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
- 本作品通过选择合适的单片机，可以保证较高的处理速度。单电压条件下的信号放大与调理，要求精密度高、失真小。目前业内有许多能用的运算放大器以及相关的成熟电路，可以作为设计的参考。门控设备与计算机之间通过USB相连接。关于人体呼吸与心跳的生电信号，通过学习相关文献，先开发数据分析处理算法，待合适后，用VC语言编制数据处理软件。设备软硬件初步完成后，与传感器相连接，进行大量实验，逐步达到最佳的效果。设备在实验室调试完毕，性能满足预定要求后，可以在医院或生产商的核磁共振成像系统上测试，以进一步完善设计，达到实际可用的效果。随着我国医学影像产业的迅速发展，该设备具有良好的应用前景。
同类课题研究水平概述
- 国内所使用的呼吸（心跳）门控，大部分是进口产品，价格昂贵。少数的自研产品，数据传输一般采用RS-232串口，通信速率很低，数据处理能力较差，难以保证成像扫描所需要的实时性与智能性，在较大程度上依赖操作人员的干预。这造成使用上不方便、可靠性低，也影响成像的质量。
