CN112244836B

CN112244836B - 一种指尖辅助触诊设备

Info

Publication number: CN112244836B
Application number: CN202011115988.8A
Authority: CN
Inventors: 成卓奇; 林鹏杰; 王世隆; 郭靖; 蔡述庭
Original assignee: Guangdong University of Technology
Current assignee: Guangdong University of Technology
Priority date: 2020-10-19
Filing date: 2020-10-19
Publication date: 2022-08-16
Anticipated expiration: 2040-10-19
Also published as: CN112244836A

Abstract

本发明涉及医用设备领域，具体涉及一种指尖辅助触诊设备，包括：主控模块，所述主控模块用于检测待测生物组织的电学性质和检测所述待测生物组织的力学性质，并计算待测生物组织类型；指套模块，所述指套模块用于实现所述主控模块与待测生物组织的连接；显示模块，所述显示模块用于接收并显示所述主控模块计算得出的所述待测生物组织类型，和/或所述电学性质与所述力学性质。通过指套模块与待测生物组织接触，在接触过程中检测待测生物组织的电学性质和力学性质，并利用该电学性质与力学性质计算待测生物组织的类型，在显示模块上显示。

Description

一种指尖辅助触诊设备

技术领域

本发明涉及医用设备领域，具体涉及一种指尖辅助触诊设备。

背景技术

在触诊中，手指触诊法最常用的方法。在临床上用手按肌肤、手足、胸腹等为常用的方法。触诊用手指或手指尖感触被检查的部位,并稍加压力,以便确定被检查的各个器官或组织是否正常。比如在切除肿瘤手术时，医生需要判断组织的类型来指导手术。此时医生需要用手捏组织，判断是不是硬块，在这个过程中加上一个智能组织识别系统来辅助判断，可以让判断结果更加准确。像sureTouch公司的乳腺癌诊断系统，通过按压软组织的压力不同判断组织的种类。他们的方案主体是机器，医生通过机器去判断。每台机器针对单独部位的癌症特征及其数据进行拟合，适用范围窄。当面对不同部位的癌症，就需要不同的型号的机器。机器本身成本昂贵、占地面积大，一个病房或科室，除了专门的肿瘤医院，一般不会配备多台不同型号的设备。而有这样经济实力和能接收足够病患的医院，多为单一部位的大型肿瘤医院，因此大型专一的设备推广难度非常的大。

发明内容

本发明旨在至少解决现有技术或相关技术中存在的技术问题之一。

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种指尖辅助触诊设备。

为实现以上目的，本发明提供一种指尖辅助触诊设备，包括：主控模块，所述主控模块包括电学参数检测模块和力学参数检测模块，所述电学参数检测模块用于检测待测生物组织的电学参数，所述力学参数检测模块用于检测所述待测生物组织的力学参数，所述主控模块根据所述电学参数和所述力学参数计算待测生物组织类型；指套模块，所述指套模块用于实现所述主控模块与待测生物组织的连接；显示模块，所述显示模块用于接收并显示所述主控模块计算得出的所述待测生物组织类型，和/或所述电学参数与所述力学参数。

通过本发明的指尖辅助触诊设备，指套模块与待测生物组织进行接触，使主控模块的电学参数检测模块检测待测生物组织的电学参数，如生物细胞内电阻，生物细胞外电阻和细胞膜电容等，力学参数检测模块检测如待测生物组织在检测电学参数过程中受到的压力；主控模块将检测到的电学参数与力学参数进行结合，计算出待测生物组织的类型，并显示在显示模块上。

在上述技术方案中，待测生物组织包括来自生物活体的组织或来自死亡的生物体的组织。

在该技术方案中，来自生物活体的组织与来自死亡的生物体的组织均可作为待测生物组织，主控模块也可以对上述生物组织进行相关的电学参数和力学参数的检测，完成待测生物组织的类型计算。

在上述技术方案中，所述电学参数包括所述待测生物组织的电阻值和电容值。

在该技术方案中，主控模块可以通过待测生物组织的电阻值和电容值，与力学参数结合完成待测生物组织的类型计算。

在上述技术方案中，所述主控模块根据所述电学参数得到所述待测生物组织的细胞内电阻、细胞外电阻和细胞膜电容，并根据所述细胞内电阻、所述细胞外电阻、所述细胞膜电容和所述力学参数得到所述待测生物组织类型。

在该技术方案中，主控模块通过待测生物组织的细胞内电阻、细胞外电阻、细胞膜电容与待测生物组织的力学参数结合，可以完成待测生物组织的类型计算，以完成待测生物组织的类型判断。

在上述技术方案中，所述力学参数包括指套模块对所述待测生物组织产生的压力。

在该技术方案中，主控模块通过结合检测指套模块对待测生物组织的力学参数与待测生物组织的电学参数，可以完成待测生物组织类型的计算。

在上述技术方案中，所述主控模块将所述电学参数和所述力学参数输入至预训练好的机器学习模型如支持向量机中，所述支持向量机模型根据输入数据计算并输出所述待测生物组织的类型。

在该技术方案中，支持向量机(Support Vector Machine,SVM)模型可以根据待测生物组织的电学参数和力学参数对该待测生物组织进行分类，从而确定该待测生物组织的类型。

在上述技术方案中，所述指套模块包括电极板，所述电极板的材料为柔性薄膜材料。

在该技术方案中，电极板上的电极与待测生物组织进行接触并施加一定的压力，可以测出待测生物组织的电学参数。柔性电极板可弯曲，对触觉影响很小，且弯曲时电极相对位置不变。

在上述技术方案中，所述力学参数检测模块包括薄膜力传感器，所述薄膜力传感器位于所述电极板一面。

在该技术方案中，薄膜力传感器可以获得当前待测生物组织受到的压力并发送给主控模块。

在上述技术方案中，所述显示模块包括显示器，所述待测生物组织类型和/或所述电学参数和所述力学参数数值，显示在所述显示器上。

在该技术方案中，显示模块显示待测生物组织的电学参数和力学参数有助可以帮助使用者判断待测生物组织的健康情况。

在上述技术方案中，所述主控模块检测的所述待测生物组织的电学参数和/或力学参数超出所述待测生物组织的正常范围时，和/或所述主控模块计算得出的待测生物组织类型为病变类型时发出预警。

在该技术方案中，发现待测生物组织的相关电学参数或力学参数超出正常范围进行预警，有助于使用者对待测生物组织进行进一步的检测。

本发明提供一种指尖辅助触诊设备，通过指套模块与待测生物组织接触，在接触过程中检测待测生物组织的电学参数和力学参数，并利用该电学参数与力学参数计算待测生物组织的类型，在显示模块上显示。

附图说明

图1示出根据本发明的一个实施例的指尖辅助触诊设备的结构示意图；

图2示出根据本发明的一个实施例的指尖辅助触诊设备的四极电极示意图；

图3示出Cole-Cole(柯尔-柯尔)模型的电路图；

图4示出根据本发明的一个实施例的指尖辅助触诊设备的显示模块的显示界面示意图；

图5示出根据本发明的一个实施例的指尖辅助触诊设备的显示模块的显示界面示意图；

图6示出根据本发明的一个实施例的指尖辅助触诊设备的多极电极板的结构示意图。

图1至图6的附图标记与部件名称的对应关系如下表所示；

具体实施方式

为了可以更清楚地理解本发明的上述目的、特征和优点，下面结合附图和具体实信号施方式对本发明进行进一步的详细描述。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请的实施实施例及实施例中的特征可以相互组合。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是，本发明还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本发明的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

首先，对本申请实施例中涉及的相关名词术语进行介绍和说明：

成对分类方法(one-against-one pairwise classification)，其做法是在任意两类样本之间设计一个SVM(Support Vector Machine,支持向量机)，因此k个类别的样本就需要设计k(k-1)/2个SVM。当对一个未知样本进行分类时，最后得票最多的类别即为该未知样本的类别。

凸优化，或叫做凸最优化，凸最小化，是数学最优化的一个子领域，研究定义于凸集中的凸函数最小化的问题。

对偶化，在约束最优化问题中，常常利用拉格朗日对偶性将原始问题转换为对偶问题，通过解对偶问题而得到原始问题的解。

KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件，是在满足一些有规则的条件下，一个非线性规划(Nonlinear Programming)问题能有最优化解法的一个必要和充分条件。

下面参照图1至图6描述根据本发明的一些实施例。

如图1所示，一种指尖辅助触诊设备，包括：主控模块，主控模块包括电学参数检测模块和力学参数检测模块，电学参数检测模块用于检测待测生物组织的电学参数，力学参数检测模块用于检测待测生物组织的力学参数，主控模块根据电学参数和力学参数计算待测生物组织类型；指套模块，指套模块用于实现主控模块与待测生物组织的连接；显示模块，显示模块用于接收并显示主控模块计算得出的待测生物组织类型，和/或电学参数与力学参数。

具体的，待测生物组织包括来自生物活体的组织或来自死亡的生物体的组织。可以理解的是，如图3所示，来自生物活体的组织与来自死亡的生物体的组织均符合Cole-Cole模型，即上述组织都可以看作是细胞内电阻5与细胞膜电容6串联后，与细胞外电阻7并联的电路，通过电学参数检测模块和力学参数检测模块对该组织可以进行相关的电学参数检测和力学参数的检测。

具体的，指套模块通过设置在指套模块上的电极板实现待测生物组织于主控模块的连接。电极材料为柔性印刷电路板，厚度为0.13～0.5毫米，优选为0.13毫米，柔性印刷电路板具备一定的柔韧性，可以实现与凹凸不平的待测生物组织表面的贴合，也使得戴上指套模块后不会对使用者的触感造成影响。电极的数量为1个以上，图2示出了具有4个电极的电极板，其中第一极1和第四极4用于将检测待测生物组织的信号注入待测生物组织中，第二极2和第三极3用于将上述信号传递回主控模块。

具体的，图6示出了具有多个电极12的电极板11，当电极板11与待测生物组织构成回路时，可以通过n个电极12注入激励信号，激励信号经过待测生物组织后，由k个电极进行接受，其中n＝1，2，3，……，k＝1,2,3,……,n和k的数量小于电极板11上的电极数量。

具体的，通过薄膜力传感器可以检测指套模块对待测生物组织产生的压力。可以理解的是，薄膜力传感器位于电极板的一面，电极板的另一面与待测生物组织接触，避免薄膜力传感器对电极板造成遮挡而无法连接主控模块和待测生物组织。由于受到不同压力的待测生物组织，薄膜力传感器表现出的电学参数，如电阻、电容、细胞内电阻、细胞外电阻和细胞膜电容均会发生变化，对该压力进行检测，与当前压力下的电学参数相结合，可以计算出待测生物组织的类型。

具体的，通过电学参数检测模块可以检测待测生物组织的阻抗。具体的，利用电学参数检测模块可以检测待测生物组织的电阻值和电容值，根据公式Z＝R-j(1/ωC)可以得到待测生物组织在频率ω下的阻抗值Z，其中，R为待测生物组织的电阻值，C为待测生物组织的电容值，从而获得多个频率下的阻抗值。

具体的，通过检测多个频率下的待测生物组织的阻抗可以得到待测生物组织的细胞内电阻、细胞外电阻和细胞膜电容。由于待测生物组织可以等效为的Cole-Cole模型，下列公式中，电阻R_int为细胞内电阻，电容C为细胞膜电容，电阻R_ext为细胞外电阻，根据公式R_ext＝R₀可以获得细胞外电阻R_ext，R₀为当激励频率趋近于0时组织的阻抗值；根据公式

可以获得细胞内电阻R_int，R₀为当激励频率趋近于0时组织的阻抗值，R_∞为当激励频率趋近于无穷时的阻抗值，R_∞的取值方法为拟合待测生物组织在1000Hz～1MHz下测得的阻抗形成的曲线，取拟合后曲线的极值；根据公式

获得细胞膜电容，f_c为阻抗虚部最大时的激励频率。

具体的，主控模块根据电学参数和力学参数计算待测生物组织类型。以人体为例，取直接获取或间接获取的待测人体部位的电学参数，包括待测人体部位的阻抗、细胞外电阻、细胞内电阻和细胞膜电容中的一项或者多项，与待测人体部位的力学参数组成训练集，标签为待测人体部位是否符合预设条件，示例性的，标签可以为人体部位是否发生病变，可以为人体部位的类型。采用one-against-one pairwise classification(成对分类方法)，生成多个1对1的分类器，并进行凸优化处理，再对偶化，利用KKT(Karush-Kuhn-Tucker)条件求解获得分类决策函数，据此完成SVM模型的构建和训练。当主控模块完成人体部位的电学参数和力学参数检测之后，将相关数据输入至SVM模型之中，模型中各个分类器对该输入数据进行投票，以得票最多的结果作为SVM模型的分类结果。

具体的，显示模块包括显示器，待测生物组织类型和/或电学参数和力学参数与相同的正常待测生物组织的电学参数和力学参数，显示在显示器上。

示例性的，如图4所示，在显示界面的左下角会显示当前电学参数检测模块检测到的阻抗值与力学参数检测模块检测到的压力值，当按下保存按钮8时，会将当前的阻抗值和压力值保存，并显示在显示界面的空白处，打开自主判断框9，会显示该组织类型并输出SVM算法中对判断该组织是否为病变组织的判断，如图5所示，在综合判断框10中，显示SVM算法判断被检测的生物组织为正常组织。

进一步的，主控模块检测的待测生物组织的电学参数或力学参数超出待测生物组织的正常范围时发出预警。

可以理解的是，以人体为例，正常的人体组织，其电学参数和力学参数应当维持在正常范围内，发生病变，如发炎、癌变等情况的组织，其电学参数和力学参数往往落在正常范围之外，当主控模块检测到待检测的组织的电学参数或力学参数处于不正常的水平时，可以通过使界面发生抖动进行预警。

本实施例的使用方法为：使用者戴上指套模块，用戴指套模块的部位对待测生物组织进行触模、按压，从而获得对待测生物组织的初步判断，由于指套模块在使用者对待测生物组织接触的过程中，已经完成主控模块对待测生物组织的连接，并进行相关的电学参数和力学参数的检测，输入至主控模块中预训练好的SVM算法模型中，经过相关的计算将预测的待测生物组织类型显示在显示模块上，所以使用者在完成待测生物组织的接触以后，如果对于待测生物组织判断不清晰，可以结合显示模块上的数据进行判断。

在本发明中，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性；术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“左”、“右”、“前”、“后”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或单元必须具有特定的方向、以特定的方位构造和操作，因此，不能理解为对本发明的限制。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

以上仅为本发明的优选实施例而已，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。凡在本发明的精神和原则之内，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

1.一种指尖辅助触诊设备，其特征在于，包括：

主控模块，所述主控模块包括电学参数检测模块和力学参数检测模块，所述电学参数检测模块用于检测待测生物组织的电学参数，所述力学参数检测模块用于检测所述待测生物组织的力学参数，所述主控模块根据所述电学参数和所述力学参数计算所述待测生物组织类型；

指套模块，所述指套模块用于实现所述主控模块与所述待测生物组织的连接；

显示模块，所述显示模块用于接收并显示所述主控模块计算得出的所述待测生物组织类型，和/或

所述电学参数与所述力学参数；

其中，所述力学参数包括所述指套模块施加在所述待测生物组织的压力；所述指套模块包括电极板，所述电极板的材料为柔性薄膜材料，所述力学参数检测模块包括薄膜力传感器，所述薄膜力传感器位于所述电极板一面，所述电极板的另一面与待测生物组织接触；由于受到不同压力的待测生物组织的电学参数会发生变化，对该压力进行检测获得力学参数，与当前压力下的电学参数相结合，计算出待测生物组织的类型；所述主控模块将所述电学参数和所述力学参数输入至预训练好的支持向量机模型中，所述支持向量机模型判断待测生物组织的类型；

所述电学参数包括所述待测生物组织的电阻值和电容值；

所述主控模块根据所述电学参数得到所述待测生物组织的细胞内电阻、细胞外电阻和体膜电容，并根据所述细胞内电阻、所述细胞外电阻、所述体膜电容和所述力学参数得到所述待测生物组织类型。

2.根据权利要求1所述的指尖辅助触诊设备，其特征在于，所述待测生物组织包括来自生物活体的组织或来自死亡的生物体的组织。

3.根据权利要求1所述的指尖辅助触诊设备，其特征在于，所述显示模块包括显示器，所述待测生物组织类型、所述电学参数和所述力学参数数值中的至少之一，显示在所述显示器上。

4.根据权利要求3所述的指尖辅助触诊设备，其特征在于，所述主控模块检测的所述待测生物组织的电学参数和/或力学参数超出所述待测生物组织的正常范围时，和/或所述主控模块计算得出的待测生物组织类型为病变类型时发出预警。