2016年全国大学生生物医学工程创新设计竞赛电子类命题说明

2016年全国生物医学工程创新设计竞赛命题组电子类心电数据采集与心率检测装置（A题）
一、任务
以MSP430F5529 Launchpad系统板（MSP-EXP430F5529LP）或其他单片机与微处理器为核心，使用TI公司或其他公司的高性能模拟器件搭建微弱信号提取电路，根据所采集得到的QRS波形，设计心率算法，实现心率监测装置。

二、要求
基本要求：
（1）满足国家医药行业标准（YY139-2000）的主要技术指标并留出可测试接口和测试方法：
A.共模输入阻抗和差模输入阻抗；
B.带宽；
C.模拟增益与数字信号灵敏度（μV/bit 或bit/μV）。

（2）有适当的显示出口：液晶显示屏、示波器、手机或计算机，用以观察放大处理后的心电波形；
（3）有效的心率计算，心率计算由单片机实现，并配备有显示单元；
（4）实现系统的低功耗运行。

在电路板上需预留电流测试端口，用于功耗测量：
A.平均功耗；
B.峰值功耗。

（5）采用TI或其他无线模块，例如CC256x，CC254x蓝牙模块，将心电波形和心率相关信息发送至手机或其他设备进行显示；
（6）能够在各种特殊的心电波形下准确识别R峰和计算心率：
A.高大T波；
B.双R峰；
C.小r大S（qrS）；
D.室早；
E.B型预激。

三、评分标准
四、说明
（1）报告中的测试数据应包括：
A.本题所指定模拟电路指标的设计值及测量值；
B.放大后的心电信号图。

心电信号源建议使用Fluke ProSim 4 vital signal simulator中的ECG信号产生模块RA和LA通道；或采用真实人体信号的I导联信号。

C.心率准确度。

若采用Fluke ProSim 4 vital signal simulator中的ECG信号产生模块，需测试30~120 bpm不同心率；若采用真实人体信号的I导联，必须与市场有售心率测量仪进行对比测试，并注明心率测量仪具体型号，测试心率应保证一定范围。

（2）功耗。

在系统正常记录工作时，在系统的供电端预留电流测试接口接入电流表测量，并记录电流值。

（3）心电模拟信号源
Fluke ProSim 4 vital signal simulator中的ECG信号产生模块所产生的模拟QRS 幅度约在1mV左右。

（4）心电电极接口
心电电极采用图示标准一次性纽扣电极。

电路板上应留有与之配套的纽扣电极线接口。

也可以采用类型的导联线或电极，但必须为裁判在竞赛时检测提供方便的连接，否则后果自负。

可使用连接线如下图所示：
（5）系统电流（功耗）的测量
双波长PPG数据采集与血氧检测装置（B题）
一、任务
使用TI公司或其他公司的高性能模拟器件搭建微弱信号检测与处理电路，以MSP430F5529 Launchpad系统板（MSP-EXP430F5529LP）或其他单片机与微处理器为核心，但不得使用使用TI公司的用于脉冲血氧仪的集成模拟前端AFE4490和ADI公司的脉冲血氧仪的集成模拟前端ADA4350等集成电路或任何成品电路，实现心率与血氧饱和度的测量装置。

二、要求
基本要求：
（1）实现双波长PPG（PhotoPlethysmoGraphy，光电容积脉搏波）的测量：
A.LED的驱动与光电传感器及其接口电路；
B.双波长信号分离电路（可以采用数字信号处理方式）；
C.双波长光电信号的交直流分离电路（可以采用数字信号处理方式）；
D.双波长PPG的交直流信号采集电路。

（2）有适当的显示出口：液晶显示屏、示波器、手机或计算机，用以观察放大处理后的双波长PPG波形；
（3）有效的心率与血氧饱和度计算，心率与血氧饱和度计算由单片机实现，并配备有显示单元；
（4）实现系统的低功耗运行。

在电路板上需预留电流测试端口，用于功耗测量：A．平均功耗；
B．峰值功耗。

（5）采用TI或其他无线模块，例如CC256x，CC254x蓝牙模块，将双波长PPG 波形和心率、血氧饱和度等相关信息发送至手机或其他设备进行显示；
（6）其他有价值的功能，如心率与血氧饱和度超限报警及其阈值设置、计步器等有机结合。

三、评分标准
四、说明
（1）报告中的测试数据应包括：
A.本题所指定模拟电路指标的设计值及测量值；
B.双波长的信号图。

可以采用血氧饱和度模拟仪作为信号源，也可真人测试。

C.心率准确度。

若采用采用血氧饱和度模拟仪作为信号源，需测试30~120 bpm不同心率；若采用真实人体信号的I导联，必须与市场有售心率测量仪进行对比测试，并注明心率测量仪具体型号，测试心率应保证一定范围。

D. （2）功耗。

在系统正常记录工作时，在系统的供电端预留电流测试接口接入电流表测量，并记录电流值。

争霸赛：可穿戴式心率检测装置（C题）
作品应具备无线传输功能，把单片机或嵌入式微处理器上计算的心率（单拍计算）传输到手机或计算机上显示，并能够以EXEL文件存储不少于2分钟的心率数据序列。

对抗赛的主要指标（排前者权重最大）：
1. 抗运动能力：两套或多套作品穿戴在同一健康志愿者身上，进行3次、每次不短于3分钟的运动测试，每次取正中间的2分钟数据进行评比，3次总计错误心率次数少者为胜（少于3次（不含）以上，否则进入第2项评比）。

2. 功耗：如果功耗低于对手20%以上为胜（如果1和2项互有胜出，则进入第3项）。

3. 工艺精良、体积小、可靠性好、测量稳定等：由裁判组（不少于3人）裁决。

说明：
志愿者以3次/S原地跑的强度进行；
如果作品的主要性能指标达到目前世界最好水准，则可获得争霸赛的霸主称号和相应的奖金，该题竞赛结束，下一届重新命题。

如果作品的主要性能指标未能达到目前世界最好水准，则可获得争霸赛的年度霸主称号，下一届继续进行该题目竞赛。

下一届主办方有权停止该竞赛。

参加竞赛作品的知识产权归作者所有。

作者应自行负责作品的知识产权的保护及处理好相关事宜。

竞赛组织者不承担任何责任或连带责任。