CN108577836A - 柔性穿戴式ert-ect双模态成像复合阵列传感器装置 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种柔性穿戴式ERT‑ECT双模态成像复合阵列传感器装置，属于医疗器械领域。分三层结构：ERT电极层、ECT电极层和电磁屏蔽层。所有电极都是通过P‑FCB技术印刷在柔性丝带上而制成的柔性电极，柔性电极可随着丝带任意弯曲，完美适应人体表面轮廓。测量时可以根据人体不同部位的尺寸不同，利用粘扣调整传感器的工作长度，完成多个部位的检测。可以检测人体多个部位如胸、腰、腿、头部等多个组织截面的信息，进行医学成像。优点在于：结构新颖，装置简单，造价低廉，融合ERT成像和ECT成像技术，可在同一时间对同一截面的人体组织电学信息进行测量，实现人体内部信息的反演成像。实用性强。
Description
技术领域
本发明涉及医疗器械领域，涉及一种柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置。可在同一时间对同一截面的人体组织电学信息进行测量，实现人体内部信息的反演成像。
背景技术
现在医学影像技术主要有B超、CT、核磁共振法（MRI）等方法，然而B超不适合肺、消化道及骨骼检测，CT检测X射线辐射量大，MRI造价昂贵，成像复杂。随着人们对身体健康状况愈加重视，以上几种影像技术无法满足人们日常生活的需求。
过程层析成像（Process Tomography，简称PT）技术是近几十年来兴起的一种针对于两相流/多相流的测量技术，利用设计的传感器阵列，以非接触或非侵入的形式获取相应的数据，进而获得相应的流场信息。而电学层析成像具有成本低、装置简单、无辐射、安全的特点，得到世界各国学者的重视，研究成果颇多。其中，电阻层析成像（ERT,ElectricalResistance Tomography）和电容层析成像（ECT,Electrical Capacitance Tomography）是电学层析成像中受研究比较广泛的方向，例如工业过程成像和生物阻抗测量。ERT、ECT分别研究场域的电阻率、介电常数，而人体具有导电性，而ERT、ECT安全无辐射的特性使得它们在医学成像领域有广阔的前景。
P-FCB（planar-fashionable circuit board）是一种新兴的电路板技术，是应用在普通织物上，为可穿戴电子设备而产生。 P-FCB性能完全可以比的上传统的PCB技术，而且可以灵活地改变形状，更适合人体表面的轮廓。
现有的针对人体检测的电学成像装置，多是以测量电阻率为主的ERT检测装置，检测方法单一，大部分存在不能适应人体不同截面尺寸部位缺陷，测量部位单一，且在安置传感器探头时电极不能保持在同一水平截面。
发明内容
本发明的目的在于提供一种柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，解决了现有技术存在的上述问题。本发明可以实现ERT、ECT检测同时对同一人体组织截面进行检测。本发明的电极利用P-FCB技术印在柔性丝带上制成，能任意弯曲，可以贴合表面皮肤完成检测；本发明可作为社区甚至家庭的日常使用，能缓解看病难的问题，拓展医学影像设备的日常应用。本发明分三层结构：ERT电极层、ECT电极层和电磁屏蔽层。本发明的所有电极都是通过P-FCB（planar-fashionable circuit board）技术印刷在柔性丝带上而制成的柔性电极，柔性电极可随着丝带任意弯曲，完美适应人体表面轮廓。测量时可以根据人体不同部位的尺寸不同，利用粘扣调整传感器的工作长度，完成多个部位的检测。本发明可以检测人体多个部位如胸、腰、腿、头部等多个组织截面的信息，进行医学成像。柔性ERT、ECT柔性电极与传统的金属电极不同，结构新颖，装置简单，造价低廉，融合ERT成像和ECT成像技术，可在同一时间对同一截面的人体组织电学信息进行测量，实现人体内部信息的反演成像。
本发明的上述目的通过以下技术方案实现：
柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，由相互粘合的三层丝带组成，所述三层丝带分别为电磁屏蔽层1、ECT电极层2和ERT电极层3；所述ECT电极层2和ERT电极层3的端部分别设有一个多路转换芯片5，并通过电极连接线8分别与ECT电极7、ERT电极4连接，ECT电极7、ERT电极4分别设置在ECT电极层2、ERT电极层3上，柔性径向屏蔽电极11设置在ECT电极层2上、两ECT7电极之间；所述多路转换芯片5的输出端通过导线6与外部的阻抗分析仪、计算机相连。
所述的ECT电极7、ERT电极4分别通过P-FCB技术印刷在ECT电极层2、ERT电极层3上，所述ECT电极层2与ERT电极层3在粘合时，要确保ERT电极4的圆心与ECT电极7的中心相合，所述电磁屏蔽层1上印刷屏蔽电极10。
所述的ECT电极7、ERT电极4电极阵列的电极个数为64个，通过多路转化芯片5选取工作电极的个数，可以选择8、16、32或64个。
所述的ERT电极4为圆形，ECT电极7为长方形。
所述的多路转换芯片5上设有开关选取电路，电压、电容测量电路。
本发明的有益效果在于：
1、结构新颖，装置简单，造价低廉，融合ERT成像和ECT成像技术，实现对人体组织同一时间、同一截面的电学参数测量。
2、利用P-FCB技术印刷在柔性丝带上的ERT、ECT电极，可以随意变形，实现传感器贴合人体表面皮肤，而传统的金属电极不能随意变形。
3、设备造价低廉，操作简单，可以作为社区卫生所进行日常的检测以及家庭日常使用。
4、可以获取人体组织的同一时间、同一位置的电学参数信息，从而实现ERT技术、ECT技术在人体检测方面的互补。实用性强。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，本发明的示意性实例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明的结构示意图；
图2为本发明的ERT电极层示意图；
图3为本发明的ECT电极层示意图；
图4为本发明的ERT/ECT电极层背部电路示意图；
图5为图1的A部的截面放大图。
图中：1、电磁屏蔽层；2、ECT电极层；3、ERT电极层；4、ERT电极；5、多路转化芯片；6、导线；7、ECT电极；8、电极连接线；9、导通孔；10、屏蔽电极；11、柔性径向屏蔽电极。
具体实施方式
下面结合附图进一步说明本发明的详细内容及其具体实施方式。
参见图1至图5所示，本发明的柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，分别为ERT电极层、ECT电极层和电磁屏蔽层。所述的ECT电极层，ECT电极之间放置有柔性径向屏蔽电极11。两条丝带按ERT电极4、ECT电极7相对应的方式粘合，第三条丝带上印刷有屏蔽电极10，作为整个传感器的屏蔽层。（柔性径向屏蔽电极11是放在两ECT电极7之间，作为屏蔽两ECT电极7之间的影响；屏蔽电极10相当于在内部两层之外放一个一个金属管。作为整个装置的屏蔽罩）ERT与ECT电极层端部都有一个多路转换芯片，作为电极间连接线的汇总，芯片的输出端连接阻抗分析仪与计算机，完成工作电极的选取和参数测量。所述传感器装置ERT与ECT电极阵列能对人体组织同一时间、同一截面的电学参数进行测量。操作人员可以根据被检测部位的尺寸自行调整所需要的丝带长度，选择工作电极的数量，拓展了本技术的检测范围，减小了部位限制，可以实现腿部、手臂、躯干、头部、颈部的全方位检测，为医学电学成像提供一个新的思路。本发明所述的装置，结构新颖，造价低廉，穿戴舒适，适合社区以及使用，方便实时监测人体内部功能，对于推进社会医疗服务保障也有重要意义。
由相互粘合的三层丝带组成，所述三层丝带分别为电磁屏蔽层1、ECT电极层2和ERT电极层3；所述ECT电极层2和ERT电极层3的端部分别设有一个多路转换芯片5作为电极间连接线的汇总，并通过电极连接线8分别与ECT电极7、ERT电极4连接，在计算机的控制下选择工作电极，控制激励测量模式，由外接的阻抗分析仪测量参数并返回计算机。ECT电极7、ERT电极4分别设置在ECT电极层2、ERT电极层3上，柔性径向屏蔽电极11设置在ECT电极层2上、两ECT7电极之间；所述多路转换芯片5的输出端通过导线6与外部的阻抗分析仪、计算机相连，通过测试程序选取工作电极进而开展电学参数测量。工作时可以根据人体部位的尺寸用粘扣调整传感器的工作长度。工作时ERT电极层3与测量人体表面贴合。
所述的ECT电极7、ERT电极4分别通过P-FCB（planar-fashionable circuitboard）技术均匀印刷在ECT电极层2、ERT电极层3上，区别传统的金属电极，电极随着丝带任意弯曲，可以适应人体表面的轮廓，实现完美贴合。所述ECT电极层2与ERT电极层3在粘合时，要确保ERT电极4的圆心与ECT电极7的中心相合，这样，可以实现ERT电极阵列和ECT电极阵列对人体被测组织同一时间、同一截面的检测。工作时ERT电极层3与人体表面贴合。所述电磁屏蔽层1上印刷屏蔽电极10。
所述的ECT电极7、ERT电极4电极阵列的电极个数为64个，可以根据需求利用计算机通过多路转化芯片5选取工作电极的个数，可以选择8、16、32或64个等。
所述的ERT电极4为圆形，ECT电极7为长方形。
所述的多路转换芯片5上设有开关选取电路，电压、电容测量电路。
参见图1至4所示，利用P-FCB技术将ERT电极4和ECT 7电极分别印刷在柔性丝带上，做成柔性电极，即ERT电极层3、ECT电极层2，柔性径向屏蔽电极11印刷在ECT电极层2上、两ECT 7电极之间；区别传统的金属电极，柔性电极可以随着丝带任意弯曲，适应人体表面轮廓。如图5所示，ERT电极层3与ECT电极层2在粘合时，要确保ERT电极4的圆心和ECT电极7中心相合，这样，可以实现ERT电极阵列和ECT电极阵列对人体被测组织同一时间、同一截面的检测。工作时ERT电极层3与人体表面贴合。
以ERT电极层3为例，ERT电极阵列印刷在丝带的一面，背面印刷有电极连接线8，每个ERT电极4的连接线均通过导通孔9到背面，最后连接到多路转换芯片5，多路转换芯片上的控制开关可以实现工作电极选择、激励。
本装置丝带上的ERT、ECT电极分别是64个，检测部位不同，丝带的有效检测长度不同，可以用粘扣选取工作长度。例如腿部和胸部可以选用不同个数的工作电极，胸部的检测可以选用32电极，测量腿部时，丝带有效工作长度相对较短，可以选择8个电极。同时，不同部位检测时，丝带的电极个数不一定是正常8、12、32、64，可以控制多路转换芯片5选取需要工作电极进行激励，在外接阻抗分析仪的测量后，传回计算机进行反演成像。
所述的柔性ERT电极4为圆形；所述的柔性ECT电极7为长方形。所述的柔性径向屏蔽电极11是为了减小各个ECT电极7间的干扰作用。所述屏蔽电极10是尺寸与丝带尺寸相近，为了屏蔽整个传感器。
本发明适应于人体腿部、躯干、脑部、手臂的组织电学特性检测。其中，ERT电极4、ECT电极7的尺寸等技术数据，都可以根据需要进行相应的调整。
ERT电极阵列测量的是人体的电阻率信息，而ECT电极阵列测量的是人体的介电常数分布信息。测量时，在多路转换芯片5的控制下，利用切换电路进行分别激励，由于芯片切换电路迅速，可以认为实在同时进行的数据测量。
以上所述仅为本发明的优选实例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡对本发明所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (5)
1.一种柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，其特征在于：由相互粘合的三层丝带组成，所述三层丝带分别为电磁屏蔽层（1）、ECT电极层（2）和ERT电极层（3）；所述ECT电极层（2）和ERT电极层（3）的端部分别设有一个多路转换芯片（5），并通过电极连接线（8）分别与ECT电极（7）、ERT电极（4）连接，ECT电极（7）、ERT电极（4）分别设置在ECT电极层（2）、ERT电极层（3）上，柔性径向屏蔽电极（11）设置在ECT电极层（2）上、两ECT（7）电极之间；所述多路转换芯片（5）的输出端通过导线（6）与外部的阻抗分析仪、计算机相连。
2.根据权利要求1所述的柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，其特征在于：所述的ECT电极（7）、ERT电极（4）分别通过P-FCB技术印刷在ECT电极层（2）、ERT电极层（3）上，所述ECT电极层（2）与ERT电极层（3）在粘合时，要确保ERT电极（4）的圆心与ECT电极（7）的中心相合，所述电磁屏蔽层（1）上印刷屏蔽电极（10）。
3.根据权利要求1所述的柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，其特征在于：所述的ECT电极（7）、ERT电极（4）电极阵列的电极个数为64个，通过多路转化芯片（5）选取工作电极的个数，可以选择8、16、32或64个。
4.根据权利要求1所述的柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，其特征在于：所述的ERT电极（4）为圆形，ECT电极（7）为长方形。
5.根据权利要求1所述的柔性穿戴式ERT-ECT双模态成像复合阵列传感器装置，其特征在于：所述的多路转换芯片（5）上设有开关选取电路，电压、电容测量电路。
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