CN117942032A - 一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，解决了目前缺少便携、低成本、够精准地对甲状腺初期疾病和病变进行诊断的问题；具体地，本发明要解决的技术问题包括以下几个方面：如何进行设计，使其传感器硬件兼具便携、低成本和精准检测的效果；如何更加个性化地，更加精准的判定个体的温度和阈值；如何系统性的进行监测和预警；为了实现上述目的，本发明提供了一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，包括依次固定在一起的外层、传感器层和内层，所述的传感器层有多个感温元件，所述的感温元件用于测量颈前部甲状腺区域内测量点的温度。
Description
技术领域
本发明属于医疗器械领域，具体涉及可穿戴器械领域，特别是涉及一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件。
背景技术
甲状腺疾病的诊断技术目前主要还是CT、超声、核磁共振、X射线钼靶等，设备通常比较大型并且因为受限于图像对比度和斑点噪声，准确率会受到影响，因此只能检测判断已有较明显症状的甲状腺疾病，而对于前期症状不明显时的预诊断则难以实现。
目前已有研究发现，甲状腺异常（肿瘤）早期症状不明显且良恶性肿瘤难以鉴别的特点，与温度变化有密切的关系。健康的人体，颈前部位的正常温度为36.6-37℃，如果颈前部位的温度一直低于36.5℃，那么有可能是甲状腺功能低下；对应的，如果颈前部位的温度持续保持在37.7℃以上，那么有可能是甲状腺功能亢进。
目前在温度对甲状腺进行监测和预诊断方面的研究还不够成熟，主要矛盾在于既要简单，结果还要可靠。比如Ahdy W. Helmy等人设计了一个基于计算机的原型设备，基于一种经济的无创系统检测和显示人类甲状腺疾病患者的相对皮肤温度变化；同样地，Mrs.Pallavi Mahajan等人提出了一种用热像计检测甲状腺疾病的系统，可以将皮肤发出的红外辐射的测量直接转化为温度。然而以上两种方法都使用了热成像法。由于热敏照相机的高成本，热成像法在普遍应用上还存在局限性，且技术较为复杂。因此，制造一款高性价比的、不易变形的且可精确检测甲状腺健康的便携式可穿戴设备是十分有必要的。
发明内容
本发明提供了一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，解决了目前缺少便携、低成本、够精准地对甲状腺初期疾病和病变进行诊断的问题。
具体地，本发明要解决的技术问题包括以下几个方面：
如何进行设计，使其传感器硬件兼具便携、低成本和精准检测的效果；
如何更加个性化地，更加精准的判定个体的温度和阈值；
如何系统性的进行监测和预警。
为了实现上述目的，本发明提供了一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，包括依次固定在一起的外层、传感器层和内层，所述的传感器层有多个感温元件，所述的感温元件用于测量颈前部甲状腺区域内测量点的温度。
可选地，所述的感温元件为铂丝。
进一步地，颈前部甲状腺区域分为四个区域，按照逆时针方向，从右上角分别为第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，第一和第二象限的中间位置有一处检测点，第三和第四象限内分别有两处检测点。
可选地，所述的第三象限和第四象限内的检测点沿着象限纵向轴线对称分布且分别靠近外层和内层设置。
进一步地，外层、传感器层、内层之间的固定方式为磁扣固定。
进一步地，还包括与感温元件依次相连的数据采集模块、模数转换模块、数据处理模、无线通信模块，所述的数据采集模块用于将感温元件采集到的温度信号转换为电阻信号并将电阻信号输入到数据处理模块中；所述的模数转换模块用于将来自数据采集模块的电阻信号转换为离散的数字信号并输入到数字处理模块中；所述的数据处理模块用于将数字信号转换为相应的温度并输入到无线通信模块；所述的数据处理模块还用于处理各测量点的温度差，当温度差超过阈值时，产生警报信号并输入到无线通信模块。
进一步地，所述的阈值为：第三和第四象限内的温度与第一和第二象限处的温度差大于等于1.5℃。
进一步地，还包括数据接收模块，所述的数据接收模块与所述的无线通信模块相连，用于接收所述无线通信模块的信号。
进一步地，所述的数据接收模块包括LCD显示模块和LCD报警模块，所述的LCD显示模块用于显示接收到的信号，所述的LCD报警模块用于接收信号后发出警报。
进一步地，所述的内层为含棉材料，所述的外层为皮质材料。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
通过铂丝作为感温元件，利用3D打印嵌入贴颈项圈，结构简单，成本低；
通过数据采集、数据处理、通信和接收等模块，能够实时监测颈部温度的变化；
通过对颈前部甲状腺区域进行分区，设置五处检测点，可确保温度检测的准确性；
通过显示和报警模块，可实现对异常温度的预警。
附图说明
图1是本发明一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件的结构示意图；
图2是用智感器件进行甲状腺疾病预诊断过程中异常报警系统示意图；
图3是用智感器件进行甲状腺疾病预诊断过程中异常报警系统仿真图；
图4是颈前部甲状腺区域分区示意图；
图5智感器件数据可靠性测试的方法示意图。
其中，100-贴颈项圈，101-外层，102-内层，103-传感器层，104-磁扣。
实施方式
以下结合说明书附图介绍本发明的优选实施例，使其技术内容更加清楚和便于理解。
对于甲状腺及其周边区域的温度检测，通过监测温度的变化，如果温度变化超出正常的阈值则有甲状腺疾病的发生风险。
本发明中对于甲状腺及其周边区域进行温度检测的硬件设备是带有传感器的贴颈项圈100，如图1所示，贴颈项圈100由从外向内依次固定在一起的外层101、传感器层103和内层102组成，固定方式有多种，其中通过磁扣104进行可拆卸固定是其中的一种选择，磁吸固定方式的好处是能够增加硬件设备的感温能力并能提高检测仪器的准确性。内层102采用含棉材料，更加舒适；外层101采用皮质材料，更易打理。贴颈项圈100的形状为项圈状，可以是闭合结构也可以是半闭合结构。
传感器层103包括包括依次连接的感温元件、数据采集、模数转换模块、数据处理、无线通信、数据接收模块，其中，感温元件选择铂（Pt）丝。数据采集模块用于将感温元件采集到的温度信号转换为电阻信号并将电阻信号输入到数据处理模块中；模数转换模块用于将来自数据采集模块的电阻信号转换为离散的数字信号并输入到数字处理模块中；数据处理模块用于将数字信号转换为相应的温度并输入到无线通信模块；数据处理模块还用于处理颈前部和颈中部测量点的温度差，当检测到颈前部位（第三和第四象限内检测点的温度，取平均值）与颈中间部位（第一和第二象限中间位置处检测点的温度，取平均值）大于等于1.5℃时，产生警报信号并输入到无线通信模块；无线通信模块用于将数据处理模块产生的信号输入到数据接收模块，数据接收模块包括LCD显示模块和LCD报警模块，如图2和图3所示，LCD显示模块接收到信号显示温度，LCD报警模块接收到信号发出报警信号。其中数据接收模块可以单独设置在贴颈线圈100内，也可以通过APP等方式进行温度显示和发出警报。
感温元件的设置点有五处，其中五处分布在颈前部甲状腺区域，如图4所示，以人体轴线为中心做水平和竖直线，将颈前部区域分为四个象限，第三和第四象限分别有两处检测点，第一象限和第二象限中间处有一处检测点。第三和第四象限的检测点以竖直线为中心线对称排布且分别靠近内层102和外层101的位置，通过对比颈前部位（第三和第四象限内检测点的温度）与颈中间部位（第一和第二象限中间位置处检测点的温度）的温度差来进行甲状腺疾病的初步判断。感温元件通过3D打印嵌入预定的检测点。
硬件设备的个性化优化主要考虑两方面，其一是舒适性，其二是设备的感温性能及准确性。
采用KLA-Tencor D-300台阶仪测量，连续测量10次，取平均值作为柔性可穿戴式温度传感器的厚度；采用METTLER TOLEDO D6密度计测量，连续测量10次，取平均值作为柔性可穿戴式温度传感器的密度；采用YG461E织物透气性测试仪测量，连续测量10次，取平均值作为柔性可穿戴式温度传感器的透气率；采用KES 热物性测试仪测量，连续测量三次，取平均值作为检测仪器内层的热传递性能。可以采用多人评价设计出适合大多数人的硬件设备；也可以根据个人的需要进行个性化的定制。
感温性能的测量通过恒温加热台模拟稳定的人体热源，采用逐步升温法对其性能进行测试和分析：对于测得的数据使用origin2021软件进行数学数据分析与函数绘制，从而得到所需要的线性度、迟滞、灵敏度、静态误差、重复性以分析柔性可穿戴式传感器的感温性能。
准确性的测量通过对比手持红外测温仪和五处检测点的温度进行的：如图5所示，使用手持红外测温仪与贴颈项圈100分别对实验对象进行各检测点测温对比，使用Keithley 4200A-SCS 参数分析仪对各个测温点的传感单元电阻进行连续采集，在笔记本电脑端使用DMMVIEW软件对参数分析仪测量数据进行采集，证明贴颈项圈数据的可靠性。其中，对实验对象颈部各测温点温度进行测量并记录，重复三次取平均值。在测量前，实验对象要在静坐状态下平衡20min后再进行温度测量。
以上详细描述了本发明的较佳具体实施例。应当理解，本领域的普通技术无需创造性劳动就可以根据本发明的构思作出诸多修改和变化。因此，凡是技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。
Claims (10)
1.一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，包括依次固定在一起的外层、传感器层和内层，所述的传感器层有多个感温元件，所述的感温元件用于测量颈前部甲状腺区域内测量点的温度。
2.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，所述的感温元件为铂丝。
3.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，颈前部甲状腺区域分为四个区域，按照逆时针方向，从右上角分别为第一象限、第二象限、第三象限和第四象限，第一和第二象限的中间位置有一处检测点，第三和第四象限内分别有两处检测点。
4.根据权利要求3所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，所述的第三象限和第四象限内的检测点沿着象限纵向轴线对称分布且分别靠近外层和内层设置。
5.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，外层、传感器层、内层之间的固定方式为磁扣固定。
6.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，还包括与感温元件依次相连的数据采集模块、模数转换模块、数据处理模、无线通信模块，所述的数据采集模块用于将感温元件采集到的温度信号转换为电阻信号并将电阻信号输入到数据处理模块中；所述的模数转换模块用于将来自数据采集模块的电阻信号转换为离散的数字信号并输入到数字处理模块中；所述的数据处理模块用于将数字信号转换为相应的温度并输入到无线通信模块；所述的数据处理模块还用于处理各测量点的温度差，当温度差超过阈值时，产生警报信号并输入到无线通信模块。
7.根据权利要求6所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，所述的阈值为：第三和第四象限内的温度与第一和第二象限处的温度差大于等于1.5℃。
8.根据权利要求6所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，还包括数据接收模块，所述的数据接收模块与所述的无线通信模块相连，用于接收所述无线通信模块的信号。
9.根据权利要求8所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，所述的数据接收模块包括LCD显示模块和LCD报警模块，所述的LCD显示模块用于显示接收到的信号，所述的LCD报警模块用于接收信号后发出警报。
10.根据权利要求1所述的一种用于甲状腺疾病预诊断的柔性智感器件，其特征在于，所述的内层为含棉材料，所述的外层为皮质材料。
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