基于zynq的可運動穿戴的便攜式人體電阻抗實時成像裝置的制造方法
【技術領域】
[0001]本發(fā)明涉及一種基于ZYNQ的可運動穿戴的便攜式人體電阻抗實時成像裝置，既可作為便攜式設備在人體運動等情況下測量肺部呼吸情況，也可作為枕邊的呼吸監(jiān)護儀，屬于醫(yī)療影像技術領域。
【背景技術】
[0002]—種便攜式的能實時監(jiān)護人體的醫(yī)療影像設備，不僅要求影像設備具有足夠高的成像頻率，還要求長時間監(jiān)護人體之后對人體沒有損傷，同時還要求設備測量方便，體積小，不用額外的監(jiān)護人。從對病人健康的角度而言，目前大部分的醫(yī)療影像設備為有損成像，不適合作為長期監(jiān)護;從技術角度而言，目前的成像的醫(yī)療設備體積龐大，不能作為便攜式設備，同時成像速度慢，不能滿足實時成像的要求。
[0003]電阻抗斷層成像(EIT)是20世紀七十年代末提出的繼形態(tài)、結構成像之后的一種新型醫(yī)療影像技術，它利用人體組織阻抗差異而恢復出人體內(nèi)部結構，旨在開發(fā)一種體積小、成本低、對人體無害的醫(yī)療影像設備。
[0004]傳統(tǒng)的電阻抗成像裝置一般有兩種構架，一種是便攜式的采集裝置，另外一種是體積較大的成像裝置。第一種便攜式的采集裝置一般只完成信號采集的功能，然后將采集到的數(shù)據(jù)以有線或者無線的方式發(fā)送到智能設備或者計算機便于后期處理和分析，這種方式的優(yōu)點是采集裝置便攜，但是不能獨立完成成像過程;第二種一般采用多個處理器，如“FPGA+DSP”、“FPGA+ARM”等構架，F(xiàn)PGA實現(xiàn)高速信號采集，另外一個處理器實現(xiàn)算法重建和圖像顯示的功能，這種方式的優(yōu)點是能獨立完成電阻抗成像，不需要外部的智能設備，缺點是設計復雜。
[0005]綜合目前的電阻抗成像的兩種主要構架和肺部電阻抗成像的特點，實現(xiàn)穿戴式肺部電阻抗實時成像裝置還存在幾個困難。第一，用小體積的，架構簡單的處理系統(tǒng)實現(xiàn)電阻抗成像的采集、圖像重建和實時顯示的全部功能是最大困難;第二，由于人的呼吸頻率較快，如果要動態(tài)監(jiān)控人呼吸的過程，對電阻抗成像速度有更高的要求;第三，人在呼吸的時候，人體的胸腔結構會發(fā)生變化，不同的人也有不同大小的胸圍，電阻抗成像的電極間距是否相等會對成像效果有較大的影響;所以設計一種能等間距的、牢固的固定在不同胸圍的人身上的電極是非常重要的。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006]本發(fā)明的目的是提供一種基于ZYNQ的可運動穿戴的便攜式人體電阻抗實時成像裝置，能夠解決上述技術問題。
[0007]解決上述技術問題的技術方案如下:
[0008]—種基于ZYNQ的可運動穿戴的便攜式人體電阻抗實時成像裝置，包括:可穿戴的電極陣列、激勵源、采集電路、多路選擇器、ZYNQ處理器、顯示屏、充電電池;其中:
[0009]可穿戴的電極陣列，包括松緊帶、紐扣式導聯(lián)線和紐扣式生理電極，紐扣式導聯(lián)線均勻地固定在松緊帶上，使用時紐扣頭導聯(lián)線與紐扣式貼片生理電極扣緊，松緊帶固定在人體上，達到貼片電極與人體接觸良好；
[0010]激勵源，由ZYNQ處理器的DDS IP核，DAC電路和V/I電路組成;ZYNQ處理器的DDS IP核能夠進行軟件修改，使得激勵頻率可調(diào)；同時V/I電路確保流過人體的電流為安全電流；
[0011]采集電路，對信號先放大，再經(jīng)過隔直電路和單端轉(zhuǎn)差分電路進一步提高信噪比，最后信號送到ADC芯片進行采集；
[0012]多路選擇器，采用多路選擇實時切換激勵電極和采樣電極以降低電路成本；
[0013]ZYNQ處理器，采用ZYNQ可編程邏輯器件實現(xiàn)對電流激勵源，信號采集和多路選擇的并行控制，同時采用數(shù)字相敏檢波方法提取信號的幅值和相位并通過AXI總線發(fā)送到ZYNQ的ARM處理器，由基于ARM處理器的片上操作系統(tǒng)實現(xiàn)圖像重建算法并實時顯示在顯示屏上；
[0014]采用充電電池供電，采用小型液晶屏作為顯示器。
[0015]進一步地，松緊帶保證電極之間間距相等和固定牢固。
[0016]進一步地，松緊帶自然狀態(tài)下，電極之間的間距為4cm，松緊帶繃緊時，兩個電極之間的間距最大可達8cm ；采用16個電極時，松緊帶能夠固定在64cm?128cm的人體，實現(xiàn)對不同胸圍的人的快速穩(wěn)定固定和測量。
[0017]本發(fā)明的工作原理:空氣是不導電的，所以人在呼吸的時候，隨著肺部空氣量的變化肺部的阻抗值會隨著發(fā)生變化，所以可以利用電阻抗成像的方法反應人呼吸時肺部的空氣變化量，進一步反應人體肺部的健康狀態(tài)。本發(fā)明的可穿戴式電極陣列固定在人體身上，成像裝置開始工作后，系統(tǒng)的激勵源給人體注入微小的電流，并在其它電極上測量到的誘發(fā)電壓值來推導出人體內(nèi)部的阻抗分布圖。而作為肺部的呼吸監(jiān)控裝置，裝置在人呼氣到底時采集一幅圖像作為背景圖像，之后采集到的圖像減去背景圖像就是人體呼吸時肺部空氣量的變化。
[0018]本發(fā)明的有益效果:
[0019](I)本發(fā)明是基于ZYNQ的可運動穿戴式胸腔電阻抗實時成像裝置，可以實現(xiàn)對人體呼吸時肺部的實時監(jiān)控；
[0020](2)本發(fā)明設計了可穿戴式的電極陣列，利用松緊帶上固定扣式電極的方法，不僅可以保證電極之間的距離相等，還可以實現(xiàn)在不同胸圍身上的穩(wěn)定固定；
[0021](3)發(fā)明以ZYNQ作為處理器，簡化了系統(tǒng)構架，實現(xiàn)了高速信號并行控制，圖像重建和顯不的功能；
[0022](4)由于以ZYNQ為處理器可以以簡單的構架實現(xiàn)了電阻抗成像的信號控制、圖像重建和顯示，利用充電電池供電，用小型液晶片作為顯示，真正做到了獨立的可穿戴的便攜式電阻抗成像裝置。
【附圖說明】
[0023]圖1為本發(fā)明一種基于ZYNQ的可運動穿戴的便攜式人體電阻抗實時成像裝置的肺部監(jiān)護簡易圖；
[0024]圖2為本發(fā)明的可穿戴式電極陣列設計圖；
[0025]圖3為本發(fā)明的的電子系統(tǒng)框圖。
【具體實施方式】
[0026]下面結合【附圖說明】本發(fā)明的具體安裝與工作方式。
[0027]本發(fā)明提供的一種基于ZYNQ的可運動穿戴的便攜式人體電阻抗實時成像裝置的肺部監(jiān)護簡易圖如圖1所示，其中成像裝置(I)通過線纜與可穿戴電極陣列(3)連接，可穿戴電極陣列(3)固定在待測人體(2)上。
[0028]本發(fā)明提供的一種基于