本發(fā)明屬于生物醫(yī)學工程領(lǐng)域，涉及一種生物電阻抗技術(shù)動態(tài)監(jiān)測創(chuàng)面愈合面積的方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

1、開放性傷口治療與愈合是臨床多科室面臨的普遍且棘手的問題，其愈合情況的監(jiān)測與評估更是防止病情惡化、指導(dǎo)治療方案、預(yù)防并發(fā)癥、提高生活質(zhì)量的關(guān)鍵途徑。因此，傷口愈合情況的定量監(jiān)測與分析逐漸發(fā)展為輔助傷口治療的重要臨床需求。

2、目前，臨床傷口愈合監(jiān)測主要通過外觀觀察、滲出物評估、細菌培養(yǎng)等方式。通過觀測傷口大小、腫脹程度、顏色、溫度等信息評估傷口愈合狀態(tài)。利用血液炎性檢測、滲出物評估、細菌培養(yǎng)等方法評估傷口炎性狀態(tài)。上述評估方式需要多次更換紗布，易造成感染，且評估結(jié)果依賴于醫(yī)生的臨床經(jīng)驗。近年來部分研究利用光譜成像技術(shù)、電化學技術(shù)測量愈合階段細胞數(shù)量、高光譜反射率、分泌物ph、炎性因子等理化指標評估傷口愈合狀態(tài)，盡管能對傷口情況進行估計，但局限于實驗室研究階段且檢測過程長、設(shè)備復(fù)雜難以達到實時、便攜、微型化的臨床監(jiān)測需求。生物電阻抗技術(shù)具有安全無創(chuàng)、操作簡單、多參數(shù)測量、動態(tài)監(jiān)測、穿戴便攜等優(yōu)勢，該技術(shù)被應(yīng)用于皮膚阻抗分析、人體成分分析、疾病診斷輔助等領(lǐng)域，尚未在傷口愈合實時監(jiān)測與評估領(lǐng)域應(yīng)用推廣。本發(fā)明針對傷口愈合監(jiān)測的臨床需求，結(jié)合生物電阻抗技術(shù)優(yōu)勢，提供了一種生物電阻抗技術(shù)動態(tài)監(jiān)測創(chuàng)面愈合面積的方法及系統(tǒng)。本發(fā)明提出了基于生物電阻抗技術(shù)動態(tài)監(jiān)測創(chuàng)面愈合面積的方法，設(shè)計構(gòu)建了微型便攜電阻抗監(jiān)測系統(tǒng)用于無創(chuàng)定量監(jiān)測創(chuàng)面愈合面積，對于開放性傷口愈合狀態(tài)的便攜實時動態(tài)監(jiān)測、無創(chuàng)定量精準評估等具有重要的臨床應(yīng)用前景和經(jīng)濟價值。

技術(shù)實現(xiàn)思路

1、本發(fā)明的目的在于提出和構(gòu)建一種生物電阻抗技術(shù)動態(tài)監(jiān)測創(chuàng)面愈合面積的方法及系統(tǒng)?；谏镫娮杩乖斫⒚枋銎つw表面電阻抗與創(chuàng)面面積之間定量關(guān)系的數(shù)學模型，利用建立的數(shù)學模型得到通過檢測皮膚表面電阻抗信號確定創(chuàng)面面積的方法；利于單片機與自動控制原理設(shè)計與構(gòu)建微型化、便攜式生物電阻抗檢測系統(tǒng)，使其應(yīng)用于傷口愈合面積的無創(chuàng)定量監(jiān)測與評估。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案如下：

3、一種生物電阻抗技術(shù)動態(tài)監(jiān)測創(chuàng)面愈合面積的方法，需要建立描述皮膚表面電阻抗與創(chuàng)面面積之間定量關(guān)系的數(shù)學模型，具體方法如下：

4、皮膚表面電阻抗由電極阻抗、電極與皮膚的電極接觸阻抗、皮膚表皮層阻抗、真皮層及皮下組織阻抗構(gòu)成，因此皮膚表面電阻抗?jié)M足：

5、(1)

6、電極阻抗：由于電極由導(dǎo)電良好的金屬導(dǎo)線及金屬電極片構(gòu)成，表現(xiàn)為純阻性，因此：

7、(2)

8、電極與皮膚的電極接觸阻抗：除了包含阻性之外，電極與皮膚之間由于存在空氣、汗液等難以達到緊密貼合，因而還具有容性，由此電極與皮膚的電極接觸阻抗表示為：

9、(3)

10、皮膚表皮層阻抗：除了包含阻性之外，因表皮包含有角質(zhì)層，導(dǎo)電性能極差，相當于電介質(zhì)。而表皮下是真皮及皮下組織，其中含有大量的血管，因此導(dǎo)電性能較好。所以在導(dǎo)電性能較好的真皮和電極片間夾了一層導(dǎo)電性能極差的表皮層，這一結(jié)構(gòu)相當于一個電容器，因而還具有容性，由此皮膚表皮層阻抗表示為：

11、(4)

12、真皮層及皮下組織阻抗大小：該部分導(dǎo)電性能較好，所以表現(xiàn)為純阻性：

13、(5)

14、由此，皮膚表面電阻抗模型等效成由電阻和電容構(gòu)成的串并聯(lián)電路（如圖1）。根據(jù)電路理論，皮膚表面電阻抗由其實部和虛部構(gòu)成：

15、(6)

16、其中實部：

17、(7)

18、虛部：

19、(8)

20、則幅值和相位為：

21、(9)

22、(10)

23、其中，表示虛數(shù)單位，表示測量角頻率。

24、由公式（1）-（10）得知，皮膚表面電阻抗除電極阻抗、電極與皮膚的電極接觸阻抗之外，由生物組織阻性，，和容性，決定，依據(jù)電路與生物相似性原理，生物組織阻性與容性表示為：

25、（11）

26、（12）

27、其中和分別為生物組織電阻率和介電常數(shù)，和是與創(chuàng)面的面積與深度相關(guān)的幾何參數(shù)。由此，傷口愈合過程產(chǎn)生的傷口幾何尺寸的變化將改變生物組織阻性與容性，進而影響皮膚表皮層阻抗、真皮層及皮下組織阻抗，最終引起皮膚表面電阻抗變化。由此，結(jié)合上述皮膚表面電阻抗與創(chuàng)面面積的數(shù)值模型，通過測量傷口皮膚表面電阻抗變化能夠定量分析評估傷口的創(chuàng)面面積大小。

28、一種生物電阻抗技術(shù)動態(tài)監(jiān)測創(chuàng)面愈合面積的系統(tǒng)，包括控制與交互模塊i、激勵信號加載模塊ii和阻抗信號采集處理模塊iii。

29、所述控制與交互模塊i包括：參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)顯示單元a-1、藍牙通信單元a-2、主控制器a-3、電源單元a-4，參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)顯示單元a-1通過藍牙通信單元a-2與主控制器a-3相連，用于傳遞檢測過程預(yù)設(shè)參數(shù)，并實時回傳數(shù)據(jù)，并實時顯示，電源單元a-4與主控制器a-3相連，為后續(xù)工作模塊供電；

30、所述激勵信號加載模塊ii包括：高精度電壓源a-5、激勵信號發(fā)生單元a-6、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元a-7，當主控制器a-3通過串口通信線向高精度電壓源a-5、激勵信號發(fā)生單元a-6發(fā)出工作指令，激勵信號發(fā)生單元a-6產(chǎn)生激勵信號并通過模數(shù)轉(zhuǎn)換單元a-7轉(zhuǎn)化為激勵電壓信號，在此時，模數(shù)轉(zhuǎn)換單元a-7會將此激勵電壓信號與高精度電壓源a-5所產(chǎn)生的激勵電壓進行對比與修正，當誤差小于1%時便會輸出，并通過第一激勵電極a-8-1和第二激勵電極a-8-4作用于傷口組織上的；

31、所述阻抗信號采集處理模塊iii包括：信號采集與處理單元a-9、高精度電流源a-10、阻抗數(shù)據(jù)計算儲存單元a-11、spi通信接口a-12，當主控制器a-3通過串口通信線向信號采集與處理單元a-9、高精度電流源a-10發(fā)出工作指令，信號采集與處理單元a-9通過第二測量電極a-8-2和第三測量電極a-8-3實時采集傷口組織因施加激勵電壓所產(chǎn)生的電流信號，然后信號采集與處理單元a-9基于高精度電流源a-10所產(chǎn)生的電流信號對采集的電流信號進行實時校準，抑制零點漂移現(xiàn)象，將信號誤差控制在1%以下，保證信號的精準采集；校準后的電流信號會通過導(dǎo)線傳輸至阻抗數(shù)據(jù)計算儲存單元a-11，阻抗數(shù)據(jù)計算儲存單元a-11會根據(jù)獲得電流信號，結(jié)合模數(shù)轉(zhuǎn)換單元a-7輸出的實時施加的激勵電壓信號，計算出被測的傷口組織的實時皮膚表面電阻抗值，并存儲；同時通過spi通信接口a-12將數(shù)據(jù)實時傳輸至主控制器a-3，并通過藍牙通信單元a-2傳輸至參數(shù)設(shè)置與數(shù)據(jù)顯示單元a-1，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)的實時顯示。

32、進一步地，設(shè)計了激勵電壓的對比修正輸出，采集電流信號的實時矯正，雙校準的信號生成與采集設(shè)計，提高了生物電阻抗信號的檢測精度。

33、進一步地，采用了生物阻抗測量技術(shù)，對傷口面積進行定量評估。通過阻抗值變化情況，即可以判斷所對應(yīng)的傷口面積變化情況，實現(xiàn)了對創(chuàng)面愈合過程的定量精確評估。

34、進一步地，實現(xiàn)了一種非接觸式非侵入式的傷口愈合評估。

35、進一步地，實現(xiàn)了可以對傷口愈合情況進行實時監(jiān)測，并且可以根據(jù)需求任意選擇監(jiān)測時長。

36、進一步地，使用電信號0.5-2.4v交流信號，0-200khz。

37、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：

38、（1）提出了皮膚表面阻抗與創(chuàng)面面積的數(shù)學模型，使得通過檢測阻抗值變化情況，實現(xiàn)了對傷口面積進行定量評估。

39、（2）提出了動態(tài)監(jiān)測傷口面積的生物阻抗采集系統(tǒng)，實現(xiàn)了定量監(jiān)測傷口愈合狀態(tài)，區(qū)別于臨床上的目測法，提供了新的評估裝置；實現(xiàn)了非接觸式非侵入性無創(chuàng)檢測，避免了二次感染的可能性，降低了病人痛苦，緩解醫(yī)療資源壓力；實現(xiàn)了實時不間斷監(jiān)測，優(yōu)化了臨床治療效果；實現(xiàn)了一種雙校準的阻抗采集裝置，提高測量準確性。

40、為了更清楚地說明本技術(shù)實施例中的技術(shù)方案，下面將對實施例描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本技術(shù)的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。