全国首届迈瑞杯医疗器械创新设计大赛

1、全国首届“迈瑞杯”医疗器械创新设计大赛参赛题目一、 命题说明本次大赛题目需结合医疗卫生领域的需求，提出具有一定创新性和实用性的问题，并给出预期的功能和达到的指标。题目主要有两个来源：（1）组委会命题 （2）参赛队自主命题二、选题说明（1）各参赛队可从“三、组委会命题题目”中选题，报名通过后，组委会将提供该题目相关的实验数据。注意：硬件设计类题目中涉及的硬件设备需要各参赛队伍根据方案自行准备，组委会不提供相关费用。（2）选择自主命题的参赛队，可以根据成员专业和技术特长，结合医疗卫生应用，提出技术创新命题或者设计创新命题。实验数据由参赛队自行准备。注意：请在报名表后另附表说明自主命题的题目名称、背

2、景、要求、使用的数据来源和规格、作品的格式。格式如下表。具体内容可参考组委会命题题目。题目背景简要说明题目的来源和背景要求说明本题目要达到的目标和需要实现的功能数据来源和规格说明请说明实验数据的基本格式，数据量和来源作品格式说明作品提交的形式三、组委会命题题目（一） 创新设计类题一：监护仪显示主界面设计1. 背景医疗仪器市场上的监护仪制造商很多，监护的生命体征主要是心电、血压、血氧、呼吸，体温等，这些参数的显示与设置将直接影响到这些参数的使用，近年来在界面的设计上几乎没有创新的设计。2. 目的请为这些参数的显示与相关的功能操作设计一个主界面。3. 要求创新性地设计，功能的界面设计合理，文档齐全

3、。4. 作品格式1) 设计图。2) 设计说明文档。5. 评选标准1) 界面创新设计。2) 操作友好。（二） 信号处理类题二：基于击键特征的模式识别1. 背景：在计算机安全领域，允许合法用户方便的访问计算机系统的同时防止入侵者入侵已经成为一个很重要的问题，开发更好的计算机系统安全措施是全球研究的热点。一般来说，密码是通用的控制访问计算机系统的方法，但是这种方法有明显的缺陷，系统很容易被非法用户侵入。基于击键特征的生物识别技术，是生物识别领域是相对比较新的方法。该技术提供了一种利用通用的用户名和密码验证的廉价方法。该技术不需要额外的硬件支出，一个普通的键盘足以获取击键特征。击键特征是指用户的击键模

4、式，包括击键间隔时间、击键力度、击键延时等。这些特征对每个人来说都是独一无二的。2. 要求：1） 设计一个击键特征识别系统，精度为毫秒级。2） 设置口令3个，长度为610个字符，3个口令分别为纯数字、数字+英文字符以及纯英文字符。采集用户在一段时间内的测试样本各50个，入侵样本各50个。要求用户数大于等于10。3. 作品格式1） 设计方案详述，实验结果及评价。题三：基于脑电信号的麻醉信息特征提取1. 背景：麻醉是手术病人必须的，以往麻醉深度都是依靠麻醉师的经验和心电、血压等参数的监测值给出评判，主观因素太大，目前市面已有基于脑电的麻醉深度检测，给出了综合0100的数值，数值越大表示病人越清醒（

5、麻醉浅），越小表示病人越没有意识（麻醉深）。2. 要求：1） 请为脑电图给出相关的脑电特征检测，并在此基础上给出综合参数来表示麻醉深度；2） 基本脑电图的波形特征检测与分析、频域特征检测与分析、麻醉深度综合指标的计算方法；3） 设计方案文档齐全；4） 对应的代码齐全。3. 作品格式1) 设计方案.2) 对应的代码。（三） 图像处理类题四：超声图像的无损压缩1. 背景：超声成像系统中，为了减少存储的容量，需要将图像进行压缩。在显示的时候，需要将压缩的图像解压缩，解压缩后的数据和原来的数据相同，并进行显示。超声图像成像时一般是以极坐标进行扫描，而显示的时候一般以笛卡尔坐标进行显示。做存储的时候一般

6、保存极坐标方式的原始数据。我们提供了几幅图像，均是极坐标方式的原始数据。2. 要求：1） 请结合组委会提供的超声数据，并在此基础上进行无损压缩；2） 设计文档齐全；3） 对应的代码齐全。3. 作品格式1) 设计方案。2) 对应的代码。题五：脑部磁共振图像灰白质分割1. 背景磁共振成像（MRI）技术由于其软组织对比度和信噪比高，无创伤性等有点，被广泛应用于脑部疾病诊断、认知科学研究等领域。准确分割MRI图像中脑实质的不同部分对大脑定量形态学分析具有十分重要的意义。2. 要求1) 根据脑部MRI数据特点，设计算法进行灰白质分割。2) 将分割结果与金标准数据进行对比，并给出定量的算法评价结果。3)

7、提供完整的设计方案，算法说明，实现代码及实验结果。4) 建议同时提供简单友好的算法运行平台，便于进行算法演示和结果对比。3. 规格说明1) 实验数据包括20副图像，其中包括10副为脑部MRI图像，作为实验对象。另外10副为灰白质分割的金标准如想，作为算法评价标准。2) 每幅图像均为256*256像素的灰度图像，灰度范围0-255。4. 作品格式1) 算法设计方案详述，实验结果及评价。2) 算法实现代码及可执行文件。5. 评选标准1) 有清晰的算法设计思路，论据充分，可行性高。算法有创新性更佳。2) 分割结果的准确性。3) 文档规范完整。题六：心内膜自动描迹1. 背景超声心动图是近代发展起来的新

8、型诊断技术。在屏幕上显示超声波通过心脏各层结构时发生的反射，形成图像，为临床提供具有重要价值的参考资料。2. 要求完成应用软件的设计与实现，能实现心内膜自动描迹，文档齐全。3. 作品格式：1) 设计方案。2) 对应的代码。4. 评选标准1) 思路清晰明确；2) 解决方案具有说服力和可行性；3) 如有创新思想，作为加分项。5. 附件说明：原始心脏超声剖面图 心脏超声剖面 题七：虹膜识别系统设计1. 背景虹膜的高度独特性、稳定性及不可更改的特点，可用作身份认证的物质基础。在所有生物识别技术中，虹膜识别是当前应用最为方便和精确的一种。在安全控制、海关进出口检验、电子商务等多种领域，虹膜识别技术的普及

9、，已经在全球各地逐渐开始显现出来。2. 要求1） 提出一个应用环境；2） 结合中科院自动化所虹膜数据库与具体的应用环境，进行虹膜预处理、特征提取、模式匹配的算法设计和实现；3） 完成界面设计；4） 文档齐全。3. 作品规格1) 设计方案；2) 对应的代码。4. 评选标准1) 在系统一些处理模块具有创新工作；2) 方案、思路清晰明确，论据充分；3) 解决方案具有说服力和可行性。（四） 硬件设计类题八：步进电机控制设计1. 背景由于人对加速度敏感程度很高，要使受测试者在使用医疗器械的时候感觉舒适，必须采用适当的速度控制来，受测试者在乘坐或者使用的时候才能感觉舒适。2. 要求1) 速度曲线设计及其相

10、应的程序设计。 根据人体对加速度的感知，获得在一种加减速段运动的平滑曲线，使人感觉舒适； 根据这条曲线对到不同距离进行研究，得到可以对各个距离都可以适用的曲线；2) 电机控制算法程序：根据曲线对步进电机进行的控制，使电机可以平滑的运动。3) 测试要求，步进电机带动运动体运动，在运动体上放有球形物体，运动的过程中保证物体不会晃动，或晃动较小。3. 作品格式1) 设计方案；2) 对应的代码；3) 对应的硬件；（可选）4. 评选标准1) 设计方案具有说服力和可行性；2) 如有创新思想，作为加分项。题九：语音识别系统1. 背景在医疗领域，当操作人员的手已经被占用时，如果要增加控制操作，最好的办法就是增

11、加人与机器的语音交互界面。操作人员用语音对机器发出命令，机器用语音做出应答。本题的目的是通过语音交互的方式来点亮与其对应的LED灯。2. 要求在嵌入式系统（单片机、FPGA、DSP或ARM）的基础上，实现语音识别和语音播报功能。3. 作品格式1） 电路原理图。2） 可执行的程序3） 设计说明文档。4. 评选标准1） 语音识别的速度2）语音识别的准确率3）语音控制指令的数目题十：基于机器视觉的针筒直径检测系统1. 背景随着医疗水平和医疗器械的不断提高和更新，一次性注射针以其方便、卫生的特点深受用户的喜爱，其需求量也迅速增大，为了对一次性注射针针筒的大小进行筛选，需要增加检测工序。由于手工筛选单调

12、耗时，且不能实现100%在线检测。本题的目的是对一次性注射针针针筒的直径进行检测。2. 要求1）在嵌入式系统（单片机、FPGA、DSP或ARM）的基础上，实现对一次性注射针针筒的直径进行检测。2）如不方便取得一次性注射针针筒，可以使用相似物品作为实验替代物。要求薄壁空筒有内外径，使用摄像头进行图像采集。3. 作品格式1) 电路原理图；2) 可执行的程序；3) 设计说明文档。4. 评选标准1) 视觉检测的精度2) 视觉检测的速度题十一：脉动式血氧测量系统设计1. 背景脉动式血氧计通过感应脱氧血红蛋白和氧络血红蛋白的红外光和红光吸收属性测量血氧它由放在病人耳垂、脚趾或手指的传感器组成，该传感器与数

13、据采集系统连接，计算和显示氧水平、脉率和血流量等。血氧计模块是医用监护仪必不可少的部分之一，由血氧计单独组成的血氧仪在家用监护中也有一定作用。光源（一般是发光二极管）将可见红（600nm 至 750nm）光和红外（850nm 至 1000nm）光照在耳垂、脚趾或手指脱氧血红蛋白允许更多红外光穿过并吸收更多红光；高氧络血红蛋白则允许更多红光穿过并吸收更多红外光血氧计感应并计算波长与血红蛋白的氧饱和度（或不饱和）成比例的光量。2. 要求1) 设计一个便携式脉动式血氧计硬件系统，包括传感器、信号处理模块和显示模块。2) 功能要求：能够测量血氧饱和度和脉率并通过LED显示，检测速度快，系统稳定，测量准

14、确。3) 扩展要求（可选）：可以考虑实现通过PC接口显示脉搏波波形，在无手指（脚趾、耳垂）插入时自动关机等功能。也可以考虑外围设计，使其更具便携性。3. 作品格式1) 设计方案详述，实验结果及评价。2) 算法实现代码及相应的实物。4. 评价标准1) 对于基准数据的测量误差（原则上在3%以内），测量速度和稳定性；2) 功能扩展；3) 设计方案和创新点；4) 现场答辩和文档。5) 代码实现及其实物演示。4 评价标准：按照权重评分，识别率*50% + 运行时间*30% + 内存占用*20% = 总分（五） 其他类题十二：扫雷算法1. 背景为windows扫雷游戏做一个点击顺序算法。步雷矩阵文件定义：

15、8bit二进制文件，扩展名为lei，格式为前两个字节分别为矩阵高度和宽度，从第三个字节开始为步雷矩阵。-1（0xFF）代表该位置为雷，0、1、2、3代表该位置旁边有几个雷。如下为3×3的布雷矩阵文件：点击顺序文件定义：8bit二进制文件，扩展名为xu，每两个字节代表一次点击的横坐标和纵坐标，第一个位置的坐标为（0，0）。如下为上面3×3布雷矩阵文件对应的点击顺序文件：2. 要求做一个windows平台下的带图形界面的exe文件，需达到如下目标：1) 打开步雷矩阵文件，在布雷矩阵文件所在目录生成同名的点击顺序文件；2) 打开点击顺序文件，可对点击顺序结果进行测试；3) 提供算法说明文档、源代码、可执行文件；4) 不支持window上的同时点击鼠标左右键打开周围全部，每一个雷都要手工排；5) 严禁投机取巧，生成点击顺序文件时需按平常玩游戏的顺序逐个分析计算打开，不允许直接对步雷矩阵文件做全文件解析，生成点击顺序文件。3. 作品格式1) 输出设计方案；2) 对应的代码4. 评选标准使用不同大小的布雷矩阵文件进行测试，成功排雷的操作步数最短为最优，相同步数下生成点击顺序文件时间开销短的为最优。题十三：算法优化设计1. 背景针对附件算法中的以下函数：HalfImage OrntFilter OrntSharp DoubleImg CombineImg RemoveSp