可穿戴式電阻抗斷層成像胃動力信息提取裝置及提取方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于生物醫(yī)學(xué)信號檢測領(lǐng)域，尤其涉及胃消化過程中通過可穿戴式生物電阻抗成像系統(tǒng)進(jìn)行胃動力信號檢測。
【背景技術(shù)】
[0002]胃腸動力障礙性疾病是臨床常見病，嚴(yán)重影響了人們的工作、學(xué)習(xí)和生活質(zhì)量。有研宄表明，50%的胃腸疾病患者存在胃動力異常，胃部疾病總是從胃動力失調(diào)開始，向惡性化方向發(fā)展，并一直伴隨胃動力異常，胃動力異常是胃腸疾病的源頭之一。胃動力檢測包括胃的收縮、蠕動規(guī)律及胃排空時間的測量。在國內(nèi)外現(xiàn)有的一些檢測方法中，腔內(nèi)壓測量、恒壓器檢查等可觀察到由胃蠕動引起的壓力波。但測量時要向胃內(nèi)插管，患者不易接受?’放射性核素呼氣試驗，特別是閃爍掃描法，其定量性、重復(fù)性較好，是目前胃排空測量的金標(biāo)準(zhǔn)。但因使用核素，對患者有害，且價格昂貴，也不宜長時間、多次重復(fù)使用，其應(yīng)用受到限制；超聲方法可觀察到胃排空或胃運動的情況。但要用于消化過程的長時間檢查，在操作技術(shù)上還存在不少困難，而且胃內(nèi)氣體的存在會影響聲束傳播，干擾成像結(jié)果；體表胃電圖(EGG)無創(chuàng)、方便，與胃收縮頻率的相關(guān)性較好，可用于研宄和評價與胃節(jié)律性有關(guān)的疾病，但它與胃收縮或運動的關(guān)聯(lián)性不強，其用于胃動力評價的相關(guān)研宄還有待深入。此外，以上各現(xiàn)行檢查方法大都只能給出一、兩項指標(biāo)，難于全面、有效地反映胃動力與消化生理、病理變化規(guī)律。
[0003]電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography,以下簡稱EIT)以人體組織、器官的電阻抗特性及其變化為依據(jù)，通過配置于人體體表的電極陣列，提取與人體生理、病理狀態(tài)相關(guān)的組織或器官的電特性信息，給出反應(yīng)組織、器官功能狀態(tài)及其變化規(guī)律的功能性圖像結(jié)果。胃是人體內(nèi)比較容易提取電阻抗信息的器官之一，在胃的活動期，如胃排空或胃收縮、蠕動時，由于胃的形態(tài)、容積及其內(nèi)容物組成情況的改變較大，其電特性變化非常明顯，變化規(guī)律與胃動力學(xué)狀況相對應(yīng)，相關(guān)性強。EIT技術(shù)通過在人體胃部體表映射區(qū)粘貼一圈電極，由一對電極施加一微弱的電流激勵，然后測量其余電極對上對應(yīng)的電壓值，再切換一對電極進(jìn)行激勵，并測量其余電極對上對應(yīng)的電壓值，重復(fù)下去，可以測得一組電流激勵下的電壓值，根據(jù)測量得到的一組電壓值，通過一定的重構(gòu)算法即可重構(gòu)出胃內(nèi)部的電導(dǎo)率分布或者電導(dǎo)率變化的分布，可無創(chuàng)、連續(xù)地檢測胃的運動信號，提取與胃動力學(xué)狀況相對應(yīng)的電特性及其變化信息，反應(yīng)胃的收縮、蠕動及排空過程，從而達(dá)到檢測與評價胃動力功能。
[0004]由于胃運動和胃排空是一個緩慢的過程，以往采用EIT進(jìn)行胃動力檢測往往需要患者在儀器設(shè)備前長時間停留，通過導(dǎo)線連接體表電極陣列和終端信息提取裝置，再通過USB或者串口的方式將采集到體表阻抗信息上傳計算機進(jìn)行圖像分析，往往需要患者在醫(yī)院專門的儀器設(shè)備室進(jìn)行診斷，隨著時間的推移，患者的不適感增強。有些胃動力失調(diào)患者就是因為沒有及時去醫(yī)院就醫(yī)而耽誤了最佳治療時間，進(jìn)而演變成胃炎、胃潰瘍甚至胃癌。
[0005]近些年，隨著無線通訊技術(shù)以及互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)的發(fā)展，可穿戴式醫(yī)療設(shè)備呈現(xiàn)井噴式增長?？纱┐魇皆O(shè)備具有操作簡單方便、不受場地條件限制、功耗低、方便遠(yuǎn)程監(jiān)控等優(yōu)勢。通過可穿戴式設(shè)備可以將人體生理病理信息及時上傳手機，通過手機的處理器進(jìn)行信息處理，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)結(jié)果傳送到醫(yī)生的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端，醫(yī)生可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息提出診斷意見，患者在家中就可以及時得到醫(yī)生的診斷結(jié)果。
[0006]可穿戴式醫(yī)療設(shè)備目前主要是應(yīng)用于生命體征測量方面，諸如:腕式電子血壓計、心臟檢測儀、血糖儀、脈搏監(jiān)測器，耳塞式耳機、臂帶或腕帶可穿戴式運動與健身產(chǎn)品；至今還未有利用可穿戴式醫(yī)療設(shè)備為在人體胃消化過程中形成生物電阻抗成像的提供長期連續(xù)的胃動力信號的提取裝置。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0007]針對現(xiàn)有技術(shù)，為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明提出一種可穿戴式電阻抗斷層成像胃動力信息提取裝置，可以長期連續(xù)的獲得佩戴者的胃動力信息，從而為電阻抗斷層成像提供了準(zhǔn)確的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)。
[0008]為了解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明一種可穿戴式電阻抗斷層成像胃動力信息提取裝置，包括彈性松緊腰帶和便攜式智能設(shè)備，所述彈性松緊腰帶上設(shè)有電極陣列，所述電極陣列包括等間距排列的8個或者16個電極扣；該裝置還包括集成在一塊電路板上的開關(guān)選通陣列，多頻激勵電流源、阻抗信號測量模塊、DSP信號處理器單元和無線數(shù)據(jù)傳輸模塊；所述電路板上設(shè)有8或者16個連接頭；所述開關(guān)選通陣列包括用于激勵電極選通的激勵選通開關(guān)和用于測量電極選通的測量選通開關(guān)；所述激勵選通開關(guān)和所述測量選通開關(guān)均分別由2片或者4片模擬開關(guān)集成電路DG412構(gòu)成，測量選通開關(guān)的數(shù)量與激勵選通開關(guān)數(shù)量相等；所述多頻激勵電流源包括DDS多頻信號發(fā)生器和電壓電流轉(zhuǎn)換模塊，所述DDS多頻信號發(fā)生器由ADI公司的DDS芯片構(gòu)成，所述電壓電流轉(zhuǎn)換模塊采用基于ADI公司的芯片電流鏡方案AD844或者差分放大器電流源方案AD8130 ;所述阻抗信號測量模塊包括前置儀表放大器、程控放大器、AC-DC解調(diào)器和AD轉(zhuǎn)換模塊；所述前置儀表放大器選用ADI公司的儀表放大器；所述程控放大器選用ADI公司或者TI公司的產(chǎn)品；所述AD-DC解調(diào)器選用ADI公司均方根值檢測芯片；所述AD轉(zhuǎn)換模塊選用ADI公司或者TI公司16位或者24位AD轉(zhuǎn)換芯片；所述DSP數(shù)字信號處理器單元選用TI公司的DSP處理芯片；所述無線數(shù)據(jù)傳輸模塊采用基于藍(lán)牙4.0以上芯片的傳輸系統(tǒng)；所述彈性松緊腰帶上的電極扣通過標(biāo)準(zhǔn)導(dǎo)聯(lián)線與所述電路板上的連接頭相連，每一個連接頭還分別與測量選通開關(guān)中的一路開關(guān)的輸入和激勵選通開關(guān)中的一路開關(guān)的輸出相連，通過開關(guān)的控制來決定電極的狀態(tài)是用于激勵還是測量；所述DSP數(shù)字信號處理器單元的1端口控制所述DDS多頻信號發(fā)生器產(chǎn)生用于激勵的交流電壓信號，該交流電壓信號輸入到電壓電流轉(zhuǎn)換模塊的信號輸入端，經(jīng)過電壓電流轉(zhuǎn)換，輸出滿足需要的激勵電流源，生成的激勵電流源注入到激勵選通開關(guān)的每一路開關(guān)的輸入端；通過測量選通開關(guān)的選通來依次拾取檢測電極對上的電壓信號輸送到前置儀表放大器的信號輸入端，經(jīng)過前置放大的信號輸送到程控放大器的輸入端，通過DSP數(shù)字信號處理器單元的1端口控制程控放大倍數(shù)，信號經(jīng)程控放大，在程控放大器的輸出端輸出并輸送到AC-DC解調(diào)器的輸入端進(jìn)行AC-DC轉(zhuǎn)換成直流電壓信號，該電壓信號直接輸入到AD轉(zhuǎn)換模塊的模擬信號輸入端，DSP數(shù)字信號處理器單元控制AD轉(zhuǎn)換模塊進(jìn)行數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換并讀取轉(zhuǎn)換結(jié)果，同時DSP數(shù)字信號處理器單元控制無線數(shù)據(jù)傳輸模塊將AD轉(zhuǎn)換模塊的轉(zhuǎn)換結(jié)果上傳便攜式智能設(shè)備。
[0009]利用上述可穿戴式電阻抗斷層成像胃動力信息提取裝置進(jìn)行信息提取的方法，包括以下步驟:
[0010]步驟一、將帶有電極陣列的彈性松緊腰帶置于佩戴者腹部胃的體表投射區(qū)，通過粘貼條將彈性松緊腰帶連接形成環(huán)狀帶，在彈性松緊腰帶的每個電極扣上均分別設(shè)有一標(biāo)準(zhǔn)一次性心電電極；
[0011]步驟二、所述DSP信號處理器單元控制DDS多頻信號發(fā)生器產(chǎn)生幅值可變、頻率可調(diào)的交流電壓信號，電壓電流轉(zhuǎn)換模塊將該交流電壓信號轉(zhuǎn)換成激勵電流源；通過所述激勵選通開關(guān)依次將激勵電流注入到彈性松緊腰帶的一對電極上，
[0012]步驟三、所述測量選通開關(guān)拾取彈性松緊腰帶上相應(yīng)電極對的阻抗信號；
[0013]步驟四、所述前置儀表放大器對該電極對上的阻抗信號進(jìn)行一次拾取放大，程控放大器對一次放大的阻抗信號進(jìn)行二次程控放大，經(jīng)過兩次放大的阻抗信號依次經(jīng)過AC-DC解調(diào)和AD轉(zhuǎn)換成DSP信號處理器單元識別的數(shù)字信號，并將該數(shù)字信號經(jīng)過無線數(shù)據(jù)傳輸模塊傳到便攜式智能設(shè)備上進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
[0014]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的有益效果是:
[0015](I)該可穿戴式電阻抗斷層成像胃動力信息提取裝置可以將人體胃部動力信息及時上傳便攜式智能設(shè)備，通過便攜式智能設(shè)備的處理器進(jìn)行信息處理，并通過網(wǎng)絡(luò)將數(shù)據(jù)結(jié)果傳送到醫(yī)生的網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)終端，醫(yī)生可以根據(jù)網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)信息提出診斷意見，患者在家中就可以及時得到醫(yī)生的診斷結(jié)果，方便了有胃部疾病患者的就醫(yī)診斷；
[0016](2)通過將電阻抗成像檢測電極均勻分布在一個可穿戴的彈性松緊電極陣列腰帶上，使檢測電極與皮膚能夠充分良好的接觸，減少因