CN111671424A

CN111671424A - 一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备

Info

Publication number: CN111671424A
Application number: CN202010384857.3A
Authority: CN
Inventors: 刘凯; 吴阳; 陈柏; 王欢; 王松; 陈奇; 姚佳烽
Original assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Current assignee: Nanjing University of Aeronautics and Astronautics
Priority date: 2020-05-09
Filing date: 2020-05-09
Publication date: 2020-09-18

Abstract

本发明公开了一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，适合于人体闭合伤电阻抗检测使用，其包括嵌入式电阻抗成像设备，腹部内出血检测传感器模块，颅内出血检测传感器模块和骨折检测传感器模块。嵌入式电阻抗成像设备脱离电脑主机端，在嵌入式终端实现人体闭合伤电阻抗成像检测，相应地设计出面向人体闭合伤不同部位的末端检测传感器模块(如：腹腔内出血、颅脑内出血和闭合性骨折等)。模块化设计通过替换传感器模块针对不同应用场景，以取得最佳检测效果。模块之间可以进行热插拔，具有较高的灵活性和易用性，同时也方便维修。本发明有潜力解决人体闭合伤损伤部位的检测问题，能够大大提高我军闭合伤伤员的诊断速度及救治效率。

Description

一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备

技术领域：

本发明涉及一种便携式检测装置，特别涉及一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备。

背景技术：

现代战争中因爆炸冲击波导致人体闭合性损伤(如：腹腔内出血、颅脑内出血和闭合性骨折等)的杀伤力大。大量的闭合伤伤员在后送途中发生死亡，爆炸是致伤的主要原因，出血是早期死亡的直接因素，因此有必要深入开展爆炸冲击波导致人体闭合性损伤的研究。

闭合性损伤部位的检测是后期诊断、治疗的重要参考依据，直接影响到能否进行准确的诊断、采取合适的治疗方法。目前广泛使用的影像学技术(B超、CT和MRI等)作为一种非侵入性检测手段，在人体闭合伤的检测方面已经成熟应用，对各个部位的诊断准确率可以达到80％以上。但是这些技术所依赖的设备体积庞大，不能满足战场对便携式检测的需求，仅适合于临床应用，而且其高昂的价格也决定了其在战场上不能进行广泛的推广使用。

电阻抗成像利用人体组织和器官的介电特性与交流电场激励信号的关系，非侵入式地实现对人体组织和器官电气性能的在线检测。该技术作为一种安全性高、非侵入式、成本低、检测速度快的在线检测方式，已经成熟地应用于工业领域，并逐步应用于医学检测领域，例如脑部成像、肺部监测和乳腺癌检测。根据人体内器官的电阻率与血液的电阻率不同，运用EIT技术可以直观观察人体闭合伤的损伤部位，从而对病情作出正确的诊断并辅助采取正确的处理方法。EIT技术可以避免非手术治疗的危险，检测并发现人体内其他部位的合并伤，能有效提高人体闭合伤治疗的成功率、降低病死率，也避免了误诊和诊断性剖开探查手术。

与传统CT技术的硬件设备相比，EIT硬件系统可以采用模块化设计，体积更小、维护更易、价格更低，容易制成便携式设备，更符合战地伤员便携式检测的需求。针对战地人体闭合性损伤便携式检测设备缺乏的问题，发明出一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，可对战地闭合伤伤员的救治提供早期诊断、早期发现和早期治疗，避免不必要的剖开探查手术，大大提高我军闭合伤伤员的治愈率。

发明内容：

本发明是为了解决上述现有技术存在的问题而提供一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备。

本发明所采用的技术方案有：一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，包括嵌入式电阻抗成像设备和便携式检测传感器模块，所述便携式检测传感器模块通过总线连接与嵌入式电阻抗成像设备之间进行相互通信，所述便携式检测传感器模块包括腹部内出血检测传感器模块，颅内出血检测传感器模块和骨折检测传感器模块。

进一步地，所述嵌入式电阻抗成像设备包括ARM、FPGA、多路复用器、DAC、压控电流源模块、ADC、信号滤波放大、网络通信模块、云端服务器、触摸屏控制器和触摸屏，所述ARM、FPGA、DAC和ADC组成主控制板，FPGA和ARM之间使用SPI总线进行通信，FPGA通过IO控制多路复用器，DAC产生正弦电压信号，通过压控电流源模块转变为同频率的正弦电流信号，ADC通过信号滤波放大进行信号采集，所述网络通信模块通过4G网络上传信号到云端服务器，使用智能算法对人体闭合伤进行分类诊断，所述触摸屏通过GPMC模块控制触摸屏控制器，完成信号采集、信号处理、初步诊断和显示成像功能。

进一步地，所述腹部内出血检测传感器模块包括第一方形铜电极和第一柔性绷带，腹部内出血检测传感器模块为单层传感器，所述第一方形铜电极固定在第一柔性绷带上，所述腹部内出血检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

进一步地，所述颅内出血检测传感器模块包括圆形铜电极，织物头盔和下颚拉带，颅内出血检测传感器模块设计为三层传感器，所述圆形铜电极固定在织物头盔上，织物头盔为帽子外形，所述织物头盔下面设有弹性下颚拉带固定到下颚，所述颅内出血检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

进一步地，所述骨折检测传感器模块包括第二方形铜电极，减压开窗和第二柔性绷带，所述骨折传感器设计为两层传感器，第二方形铜电极固定在第二柔性绷带上，所述第二柔性绷带中间设有减压开窗，所述骨折检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

本发明具有如下有益效果：本发明模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备具有嵌入式电阻抗成像设备，腹部内出血检测传感器模块，颅内出血检测传感器模块和骨折检测传感器模块。嵌入式电阻抗成像设备脱离电脑主机端，在嵌入式终端实现人体闭合伤电阻抗成像检测，相应地设计出面向人体闭合伤不同部位的末端检测传感器模块(如：腹腔内出血、颅脑内出血和闭合性骨折等)。模块化设计通过替换传感器模块针对不同应用场景，以取得最佳检测效果。模块之间可以进行热插拔，具有较高的灵活性和易用性，同时也方便维修。便携式电阻抗成像检测设备有潜力解决人体闭合伤损伤部位的检测问题，能够大大提高我军闭合伤伤员的诊断速度及救治效率。

附图说明：

图1为本发明模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备的流程图。

图2为本发明模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备的结构图。

图3为本发明模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备的组成图。

具体实施方式：

下面结合附图对本发明作进一步的说明。

本发明模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，包括嵌入式电阻抗成像设备和便携式检测传感器模块，其中便携式检测传感器模块通过总线连接与嵌入式电阻抗成像设备之间进行相互通信。便携式检测传感器模块包括腹部内出血检测传感器模块，颅内出血检测传感器模块和骨折检测传感器模块。

嵌入式电阻抗成像设备包括ARM、FPGA、多路复用器、DAC、压控电流源模块、ADC、信号滤波放大、网络通信模块、云端服务器、触摸屏控制器和触摸屏。ARM和FPGA组成主控制板，FPGA主要负责外围电路控制和信号解调，ARM负责人机交互以及图像重构，FPGA和ARM之间使用SPI总线进行通信。FPGA通过IO控制多路复用器。DAC产生正弦电压信号，通过压控电流源模块转变为同频率的正弦电流信号。ADC通过信号滤波放大进行信号采集。通过多路复用器与主控制板的DAC和ADC相互连通。网络通信模块通过4G网络上传信号到云端服务器，使用智能算法对人体闭合伤进行分类诊断。触摸屏通过GPMC模块控制触摸屏控制器，完成信号采集、信号处理、初步诊断和显示成像功能。

腹部内出血检测传感器模块包括第一方形铜电极和第一柔性绷带，腹部内出血检测传感器模块为单层传感器，使用第一方形铜电极固定在第一柔性绷带上，增大电极面积，更好地与人体接触。第一柔性绷带利用可伸缩性选择不同长度来调节松紧度，保持电极与人体接触稳定，方便闭合伤伤员佩戴和调节压力。腹部内出血检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

颅内出血检测传感器模块包括圆形铜电极，织物头盔和下颚拉带，颅内出血检测传感器模块设计为三层传感器，使用圆形铜电极固定在织物头盔上，减小电极面积，更好地伸入头发中与皮肤接触。织物头盔为帽子外形，提高电极与皮肤的接触压力，保证可靠接触。织物头盔下面设有弹性下颚拉带固定到下颚，利用可伸缩性选择不同长度来调节松紧度，方便闭合伤伤员佩戴和调节压力。传感器外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

骨折检测传感器模块包括第二方形铜电极，减压开窗和第二柔性绷带。骨折传感器设计为两层传感器，使用第二方形铜电极固定在第二柔性绷带上，增大电极面积，更好地与人体接触。第二柔性绷带利用可伸缩性选择不同长度来调节松紧度，保持电极与人体接触稳定，方便闭合伤伤员佩戴和调节压力。第二柔性绷带中间进行减压开窗处理，防止导致骨折端在内部刺伤换出的肌肉组织与血管。骨折检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

本发明块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备的原理如下：

腹部内出血检测传感器模块通过第一柔性绷带调整松紧度固定在人体腹部上，有线连接与嵌入式电阻抗成像设备相连接；颅内出血检测传感器模块通过织物头盔佩戴在人体颅脑上，下颚拉带调节佩戴压力，有线连接与嵌入式电阻抗成像设备相连接；骨折检测传感器通过第二柔性绷带调整松紧度固定在人体腿部上，有线连接与嵌入式电阻抗成像设备相连接；嵌入式电阻抗成像设备通过有线接口与便携式检测传感器模块(包括腹部内出血检测传感器模块，颅内出血检测传感器模块和骨折检测传感器模块)相连接，完成人体闭合伤的信号采集、信号处理、初步诊断和显示成像功能。通过4G网络上传到云端服务器，利用智能成像算法快速成像，将诊断结果和图像重建返回给嵌入式成像设备，也可通过云端服务器将数据发送给手机端和电脑端。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下还可以作出若干改进，这些改进也应视为本发明的保护范围。

Claims

1.一种模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，其特征在于：包括嵌入式电阻抗成像设备和便携式检测传感器模块，所述便携式检测传感器模块通过总线连接与嵌入式电阻抗成像设备之间进行相互通信，所述便携式检测传感器模块包括腹部内出血检测传感器模块，颅内出血检测传感器模块和骨折检测传感器模块。

2.如权利要求1所述的模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，其特征在于：所述嵌入式电阻抗成像设备包括ARM、FPGA、多路复用器、DAC、压控电流源模块、ADC、信号滤波放大、网络通信模块、云端服务器、触摸屏控制器和触摸屏，所述ARM、FPGA、DAC和ADC组成主控制板，FPGA和ARM之间使用SPI总线进行通信，FPGA通过IO控制多路复用器，DAC产生正弦电压信号，通过压控电流源模块转变为同频率的正弦电流信号，ADC通过信号滤波放大进行信号采集，所述网络通信模块通过4G网络上传信号到云端服务器，使用智能算法对人体闭合伤进行分类诊断，所述触摸屏通过GPMC模块控制触摸屏控制器，完成信号采集、信号处理、初步诊断和显示成像功能。

3.如权利要求2所述的模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，其特征在于：所述腹部内出血检测传感器模块包括第一方形铜电极和第一柔性绷带，腹部内出血检测传感器模块为单层传感器，所述第一方形铜电极固定在第一柔性绷带上，所述腹部内出血检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

4.如权利要求3所述的模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，其特征在于：所述颅内出血检测传感器模块包括圆形铜电极，织物头盔和下颚拉带，颅内出血检测传感器模块设计为三层传感器，所述圆形铜电极固定在织物头盔上，织物头盔为帽子外形，所述织物头盔下面设有弹性下颚拉带固定到下颚，所述颅内出血检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。

5.如权利要求4所述的模块化设计便携式人体闭合伤电阻抗成像检测设备，其特征在于：所述骨折检测传感器模块包括第二方形铜电极，减压开窗和第二柔性绷带，所述骨折传感器设计为两层传感器，第二方形铜电极固定在第二柔性绷带上，所述第二柔性绷带中间设有减压开窗，所述骨折检测传感器模块外部引出电极导线接口，使用有线的方式与嵌入式电阻抗成像设备相连接。