智慧化一体化生物信号采集与分析处理工作站

工作站采用一体化设计原则，同时集成可移动实验平台、生物采集系统、呼吸系统、测温系统、照明系统以及同步演示系统。实验数据、报告处理无纸化，可协助教师进行实验信息化管理，可运用于各项生理学、药理、病理学等实验。每套工作站包含8个教学终端，包含硬件8台、系统软件8台、集成式小动物呼吸机8台、集成式动物肛温仪8台、实时摄像系统8台、手术照明系统8台、双屏显示系统8台、氧输入8台、系统附件包8台、手术操作器械包8台、加热兔台8台、缺氧瓶8台、CO瓶8台、智慧实验室信息化管理系统1套。1.教学终端技术参数1.1整机外形尺寸：1650mm（±50mm）*750mm（±30mm）*2100mm（±50mm）（长*宽*高）。1.2实验台操作面积：1000mm（±50mm）*720mm（±20mm）（长*宽），实验台面下屏蔽层：不锈钢层，与外部接地端相连接，升降行程≤200mm。1.3输液架离地面高度：≥1950mm，输液架移动范围：两侧≥800mm。1.4实验台面材质：ABS工程塑料。1.5内置信号采集与处理系统：用于生物信号采集和数据处理、分析、生成实验报告等。1.6内置实验室环境监测模块：可测量温度（精度0.1℃）、湿度、大气压，可在信号采集面板和软件中显示并记录到数据文件中。1.7内置小动物肛温测量模块：测量并进行显示（精度0.1℃），可在无线控制终端上进行显示，配专用小动物肛温传感器。1.8内置小动物呼吸机：①潮气量范围：0.1～99.9ml可调，调节及显示精度0.1ml。②呼吸时比：1-5:1-5。③呼吸频率：1～200次/分。④有大鼠、小鼠及家兔呼吸参数一键设置功能。⑤进气口和出气口一致在水平方向上。⑥通过软件无线控制呼吸机动物类型、潮气量、频率、呼吸时比等。1.9摄像系统：顶部内置摄像机，≥1080P高清摄像头，≥20倍光学变焦，通过软件无线控制摄像头光学变焦。1.10实验照明系统：不低于4×10W，自然光LED灯，色温≥3000K，角度和亮度可调，通过软件无线控制多种灯光组合。1.11外部接口：不低于2个USB接口，≥1个网线接口，≥4位五孔220V电源插口。1.12双显示系统：①上下各一个显示器，下显示器≥12.5寸，上显示器≥23.8寸。②上显示器调节：高度升降范围≥235mm，左右旋转≥55度（绕Z轴旋转），上下倾角≥70度（绕Y轴旋转），可竖屏（绕X轴旋转）。1.13.氧气调压系统：调压范围0-0.4MPa，可锁定，耐压≥1.5MPa。氧气输入为快接接口，氧气输出为国标接口，可接湿化瓶。1.14.地线故障预警功能：在控制器上自动检测并通过观察指示灯状态提醒用户当前使用仪器的接地状态,同时将该状态发送到集中控制终端，异常状态将在集中控制终端软件中进行提示。1.15系统设备自检：系统开机时自动检测集中控制的可用性、系统的供电情况、各个子设备的可用性等，自动显示自检结果，如有异常，系统将进行提示。1.16全导联心电接口：至少1个标准12导联的全导联心电接口。1.17.通用物理采样通道：≥4个。1.18物理采样通道扩展：任意一个物理采样通道可扩展至8个实际数据采样通道，总计可进行32通道数据同时采样，并可对各个通道参数进行调节。如在一个物理通道上连接无线人体生理信号仪，该物理通道可同时采集体位、心电、呼吸、肺活量、脉搏、血氧、收缩压、舒张压等8个信号。1.19实时传感器类型自动识别：系统能自动识别任意物理通道连接的传感器类型，同时在仪器面板和软件界面上有具体传感器类型和参数提示。1.20.传感器定标信息自动存储：定标信息写入传感器芯片存储，更换设备无须再次定标。1.21.量程：±20uV～1V，调节档位至少包括±1V、±500mV、±200mV、±100mV、±50mV、±20mV、±10mV、±5mV、±2mV、±1mV、±500uV、±200uV、±100uV、±50uV、±20uV，15档可调。1.22滤波器：同时具备硬件滤波器、软件数字滤波器。1.22.1硬件滤波器低通：调节档位至少包括，1、2、5、10、20、50、100、200、500、1k、2k、5k、10k、20k、50k，15档可调。1.22.2硬件滤波器高通（时间常数）：调节档位至少包括，DC、5S、2s、1s、0.5s、0.2s、0.1s、0.05s、0.02s、0.01s、0.005s、0.002s、0.001s，13档可调。1.22.350Hz陷波：开、关两档可调。软件数字滤波器可无极可调。1.23最大采样率≥800KHz，每个物理通道可采用不同采样率同时进行采样。1.24支持多种采样方式：连续采样、刺激触发采样、外部触发采样、程控采样。1.25信号采集设备使用情况记录和显示：自动记录设备使用情况，包括首次使用日期，最近使用日期，累计使用时间和次数等，使用情况记录在硬件中并可以在采集软件界面中显示。1.26设备内置高级程控刺激器，刺激器参数包括：1.26.1波形：三角波、方波、正负方波、正弦波、用户编辑任意波形。1.26.2模式：电流、粗电压、细电压三种输出方式。①电流输出范围：-50mA~50mA。②粗电压模式电压输出范围-110V~110V，输出电流限制在人体安全电流以下。③细电压模式电压输出范围-30V~30V，电流带载能力＞150mA，可做电场刺激实验。1.27具有无线控制终端，通过软件进行系统中各种集成设备，比如：小动物呼吸机、灯光照明系统、实验台升降系统等实施集中控制。1.28图形化控制界面：所有设备控制都采用图形化界面进行操作。1.29控制设备自动识别与连接：集中控制系统可自动识别平台上的集成电子设备并实现自动连接。1.30照明灯光控制：可进行独立灯光控制或多种组合灯光控制。1.31小动物呼吸机控制：呼吸机启停可控，动物类型可选，潮气量、呼吸时比和呼吸频率可调，肺部压力动态指示。1.32肛温仪：测量和显示小动物肛温。1.33实验操作台升降控制：实验操作台面升降控制，控制模式包括：升至最高、降至最低、恢复、上升和下降单位高度，暂停升降等。1.34摄像机控制：不低于20倍光学变焦调节控制。1.35媒体音量调节：可调节集中控制终端音量。1.36屏幕亮度调节：可调节集中控制终端屏幕亮度。1.37语音播报：控制系统具备语音播报功能，实验台升降高度播报。1.38呼叫实验台：搜寻实验台，确立集中控制终端对应的实验台位置。1.39电源极性检测：实时检测系统的电源极性是否正确，确保人身安全和设备耐久性。1.40系统自检：实验平台上的电子设备一键自检功能。1.41固件升级：软件可对系统硬件固件升级。1.42设备校准：软件可对各设备进行校准。1.43软硬件日志：硬件日志等级可选择，配合软件日志可快速精准定位系统事件。1.44开关系统：软件可开关设备电源和电脑。1.45WIFI连接：可开、关和切换wifi，并展示连接状态。1.46其他状态展示：电池电量，设备连接状态，环境温度等。2.教学终端软件参数2.1.软件上软件显示通道数：1～64通道可变。在信号实时采集过程中可同时反演文件数≥4个。2.2软件实验模块内嵌电子教材：包含实验目的和原理、实验对象、实验器材和药品、实验步骤和观察项目、注意事项、思考题、常规实验操作视频等。含家兔血压调节高清实操实验录像展示实验动物手术操作过程，时长不少于10分钟和神经干动作电位等实验操作视频时长不少于9分钟。2.3支持观测微循环功能：软件界面中有可直接打开微循环的按钮，做到在采集系统软件中观察微循环和血压变化。功能开启后可在进行血压、呼吸、心电等生理指标的记录同时进行活体微循环图象观察，并且支持在微循环图像设备上交互测量以下参数：输入管径、输出管径、血管数目、血管长度、管袢长度、管袢数目、管袢顶、管袢长度、血管交叉数、形态畸形、红细胞聚集个数、白细胞数、是否渗出、血液流态、血液模拟流速、血液参照模拟流速。2.4可扩展低氧实验、一氧化碳中毒性缺氧实验功能，通过低氧实验装置和一氧化碳实验装置连接到该信号采集处理系统可实时分析呼吸频率、呼吸深度、耗氧量、耗氧率，且软件界面实时显示对应波形曲线。2.5软件具有中英文双语版。2.6软件里有可直接打开虚拟仿真按钮，含大鼠动脉血压与左心室内压记录、中药注射剂溶血性实验、药物对离体蛙心的影响、实验性家兔癫痫模型的建立与脑电功率谱-血气-电解质离子分析、家兔脓毒性休克及救治、血管收缩效能测定和评价、家兔DIC模型复制及其血液学指标的观察等不少于七种虚拟仿真实验项目，拓展科研实验学习，做到虚实结合的实验目的，且大鼠动脉血压与左心室内压记录实验交互性操作步骤不少于10个，交互动画不少于12个，知识点考核不少于14个，实验波形包括模拟左心室插管过程中，观察大鼠心电图、动脉血压及左心室内压的波形变化情况，并可查看左心室内压微分。药物对离体蛙心的影响实验可模拟观察不同离子或拟胆碱药物、抗胆碱药物等多种药物对离体蛙心收缩活动的影响，在模拟过程中有中英文双语可以一键切换，满足学生外语扩展或双语教学要求。2.7.软件包含《机能实验室安全教育及准入》项目中自主学习模块中包含病理实验室中不少于10种仪器的介绍，机能实验室中不少于8种仪器，20个实验安全知识点的介绍，不少于30个实验方法的视频介绍。准入考核模块中采用知识点考核的方式，主要以客观题对学生进行考核，对自主学习内实验室的仪器或方法等知识点进行考核，不少于100个考题。操作者准入考核分数≥70分，可直接获得合格证书，并支持下载。分数＜70分，仅提示本次考核得分，无法获得合格证书。2.8刺激器参数冻结：保证在刺激过程中参数不能被随意修改，防止误操作。刺激器脉冲波形自定义：任意拖动刺激波形，实现波形的任意编辑并开始刺激。刺激脉冲详细说明指导：在软件界面上对刺激波宽、幅度等参数进行可视化描述。2.9专用数据处理：血流动力学实验参数分析、心肌细胞动作电位参数测量、心功能参数分析，人体肺通气功能测量，突触后电位分析，心率变异分析，心电向量图分析等，提供这些分析的DEMO数据供用户演示和学习。2.10心率变异分析：可显示Lorenz图，RR间期直方图，RR间期差值图，速度图以及功率谱分析图。心率变异可分析不低于23个时域、频域以及非线性指标，至少包括：Range、SDNN、DNNMean,RMSSD、NNxx、CV、TP、VLFP、LFP、HFP、LF/HF、VLI、VAI、SD1以及SD2等。多个分析参数可调，包括但不限于：分析通道、分析数据类型、分析起始时间，分析时长、FFT点数，参考RR间期、最大RR间期等。2.11LTP数据分析功能：分析LTP波形的（A段+B段）/2的值，（A段+B段）/2的平均值，C段20%~80%回归直线斜率值，C段20%~80%回归直线斜率的平均值，自动标记关键点坐标。包含范围测量、自动测量，叠加波形，查找标签（波序号、刺激标签、自定义），导出测量表（范围测量、自动测量）、显示/隐藏刺激线、显示/隐藏LTP波位置，测量数据说明等功能。2.12波形防伪水印功能：截取实验波形复制后粘贴能自动添加防伪水印并可在教师端任意设置学生端的水印内容。2.13.基于AI技术的形成性评价：可对家兔类手术实验的实时操作视频进行自动分析评价，可评价的实验操作点至少包括：1）是否正确捉拿家兔。2）是否正确称重。3）是否从远心端耳缘静脉注射。4）注射针头穿刺进入血管。5）是否按时完成动物麻醉。6）是否进行疼痛刺激测试。7）是否进行肌肉紧张度测试。8）是否进行角膜反射测试。9）是否仰卧位固定家兔。10）是否正确固定家兔头部。11）是否正确固定家兔左上肢。12）是否正确固定家兔右上肢。13）是否正确固定家兔左下肢。14）是否正确固定家兔右下肢。15）备皮过程是否造成皮肤破损。16）皮肤切口位置位置和长度是否正确。17）插管插入气管长度是否合适。18）是否进行二次结扎。19）气管切口方向是否正确。20）插管插入方向是否正确。21）分离神经是否采用正确器械。22）迷走神经辨认和分离是否正确。23）颈动脉分离是否干净。24）分离颈动脉过程是否出血。25）丝线结扎部位是否为远心端。26）动脉血管近心端是否未用动脉夹夹闭就用眼科剪剪切口。27）插管是否插入血管。28）插管固定是否做二次结扎。29）放开动脉夹后结扎点是否出血。30）放开动脉夹后血液是否回流。31）未做任何药物和刺激处理情况下动脉血压波形是否在正常范围内。32）刺激迷走神经后血压是否有反应。2.14具有学习模式和考核模式：支持对实验准备阶段和实验结果阶段的考核。1）实验准备阶段中可对实验器材、实验药品和仪器连接进行考核。2）实验结果阶段中可对实验波形进行考核。2.15基于虚拟标准病人的新生儿缺血缺氧性脑病临床与基础整合性教学系统，其中实验场景不少于2个，至少包括机能学实验室、心内科病房场景。相关实验素材不少于30个，包括大脑、心脏、氧气、葡萄糖、虚拟新生儿缺血缺氧性脑病病人、大鼠、Morris水迷宫、注射器等。2.16案例导入、基础知识、虚拟标准病人、动物实验、知识考核与综合评定6大部分，总计交互性操作步骤不少于20步。案例导入以视频形式展示新生儿缺血缺氧性脑病病人发病时情况，以及发病后病人的就诊经过，视频以3D、MG动画技术制作，时间不少于30秒。2.16.1基础知识：以视频形式展示新生儿缺血缺氧性脑病相关解剖结构、发病机制、病生改变、治疗机制，每个模块通过3D、MG动画形式展示，每个动画时间不少于20秒，基础知识动画总时长不少于430秒。动物实验：动物实验为缺血缺氧性脑病动物模型的建立及神经修复相关指标检测，内容包括大鼠分组、大鼠麻醉、麻醉深度检测、大鼠固定、颈部结扎、分离左侧颈总动脉、置于缺氧箱、训练大鼠、切开大鼠颅骨、安装坐标、检查大鼠脑组织、大鼠脑组织免疫组化。在关键操作步骤中结合MG动画，对反应的过程做详细展示，动画总计不少于120秒。2.16.2虚拟标准病人包括，病史采集。体格检查：意识检查、瞳孔检查、呼吸检查、原始反射检查。辅助检查：颅脑超声、头颅CT、头颅MRI。临床诊断：入院诊断、鉴别诊断。入院治疗：支持治疗、控制惊厥、治疗脑水肿、康复治疗、心肺复苏。知识考核：以选择题的形式考查学生理论知识掌握情况。综合评定：能够提供实时生成的学生知识交互问题回答情况，包括虚拟标准化病人、动物实验和理论知识三个模块，提供生成和下载pdf格式实验报告文件。3.教学终端配套附件技术参数3.1系统附件包配置包含：悬浮电极1根、动脉夹1个、三通阀1个、蛙心夹2个、蛙足钉8颗、蛙心插管1根、蛙板1个、蛙心支架1个、动脉插管2根、固定金属杆连接杆1根、万向双凹夹1个、血压传感器夹持器1个、神经屏蔽盒1个、尿滴受滴器1个、铁架台1个、二维调节器1个、气管插管3根、神经引导电极1根、保护电极1根、刺激电极1根、屏蔽盒刺激输出线1根、屏蔽盒信号输入线2根、信号输入线1根、刺激、计滴线1根、全导联心电线1根、污物缸1个、小动物心电信号输入线1根。存放附件的盒子有对应收纳区及名称。3.2手术操作器械包配置包含：普通剪刀1把、眼科剪1把、手术剪（直尖头）1把、手术剪（弯圆头）1把、手术刀1把、止血钳（直）2把、止血钳（弯）2把、组织钳2把、蚊氏止血钳2把、持针钳1把、解剖镊1把、眼用镊（弯）1把、眼用镊（直）1把、显微镊1把、颅骨钻1个、咬骨钳1把、玻璃分针2根、毁髓针1根、锌铜弓1个、医用缝合针11包、医用缝合线3包、灌胃器（大鼠）1根、灌胃器（小鼠）1根、动脉夹4个、兔开口器1个。存放手术器械包的盒子有对应收纳区及名称。3.3加热兔台3.3.1加热金属内嵌于ABS外壳中央，加热区域尺寸：≥300mm×120mm，机身重量：≤3.5Kg。具有底座高度平整调节功能，以适应不同桌面。3.3.2低压直流加热，不会在实验中引入交流干扰，安全可靠。3.3.3数字恒温控制器：双重限温保护，最高温45℃。3.3.4内含数字加热控温模块，控温精度：≤0.1℃。3.3.5捆绑家兔四肢的扣式结构设计，方便重复使用。3.3.6配置可收纳于底部的输液架，高度600-1000mm可调。3.3.7兔台尾部集成实验废液收集槽，可暂存废液，也可将废液即时排出，最大收集量300m。3.3.8可调的头部固定装置可稳定的固定兔头，同时保持颈部血管舒张适度。3.3.9一体化≥IPX6等级防水设计，可全身冲洗。4.低氧实验装置瓶身容积：≥300mL、≥500mL。适用范围：适用于小鼠乏氧性实验。气体浓度测量：CO2浓度：0.01~20.00%，±1%FS。O2浓度测量范围0.1~25.0%，测量误差±1%。呼吸检测：无接触呼吸功能测定，压差测量范围±5kpa，呼吸波测量范围±20Pa，采样率≥1000Hz。数据分析：使用信号采集与分析系统进行处理与分析，可实时分析呼吸频率、呼吸深度、耗氧量、耗氧率。5.一氧化碳实验装置瓶身容积：300mL、500mL，带气体进出口。适用范围：适用于小鼠一氧化碳急性中毒实验。气体浓度测量：CO浓度：0~1000ppm，±2%FS。O2浓度测量范围0.1~25.0%，测量误差±1%。呼吸检测：无接触呼吸功能测定，压差测量范围±5kpa，呼吸波测量范围±20Pa，采样率≥1000Hz。数据分析：使用生物信号采集与分析系统进行处理与分析，可实时分析呼吸频率、呼吸深度、耗氧量、耗氧率。6.智慧化管理系统6.1实验室管理：6.1.1对实验室进行分类管理：可在管理系统中新建、导入、导出、删除实验室，查看并编辑实验室属性信息，包括实验室名称、编号、位置、分类和备注等，为平台运行提供实验室分类数据基础。6.1.2管理各实验室预约设置：管理员可选择指定日期，进行一键开启/关闭该实验室当日全部时间段预约权限，或按当日时间列表单独管理某个时间段内的预约权限。6.2实验室设备管理：6.2.1实验室设备管理：按所属实验室、设备分类、设备状态（可用/不可用）和用电属性（用电/不用电）对实验室设备进行入库管理，查看和编辑设备信息等。6.2.2设备报修申请、审核和处理。设备报废申请及审核管理，能够满足实验室设备状态管理的及时更新。6.2.3对每台教学终端进行管理，通过控制开关机，投屏演示，实时传送教师的屏幕画面到本频道全体或部分学生端，从而实现教学演示和实验讲解的目的，广播形式包含屏幕画面和声音，支持窗口或全屏模式。可以把某个学生段的屏幕画面传送到本频道其他成员。远程遥控：教师机远程