專利名稱：用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于人體體表信息的采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，特別是涉及一種內(nèi)部設(shè)有按一定空間分布規(guī)律排列的多種傳感器，以采集人體體表的溫度場、電場、磁場等全身數(shù)字化信息，并對其進行分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
人體作為一種相當復(fù)雜的對象，其體表包含的信息有電學(xué)、磁學(xué)、聲學(xué)、光學(xué)及熱學(xué)物理量等重要信息。比如，局部皮膚表面溫度異常(升高、降低或出現(xiàn)特異分布等)往往說明皮膚下面有某種病變。同樣，對體表電、磁學(xué)信號等的采集也同樣富有重大的疾病診斷價值，臨床上常用的心電、腦電信號采集及分析等即為此方面突出的例子，事實上，人體表面溫度、電場、磁場等受皮下血液循環(huán)、局部組織的新陳代謝、皮膚熱、電及磁傳導(dǎo)性等影響，局部血流、組織病變、神經(jīng)反射、物理性壓迫以及環(huán)境物理狀況等都要影響其分布情況。因而合理地揭示和監(jiān)測出其中的規(guī)律，具有重要的臨床意義。而人體在對外界物理因素作出響應(yīng)后，其體表發(fā)生的動態(tài)信息變化，則提供了更多的體內(nèi)信息；此外，體表信息的空間關(guān)聯(lián)規(guī)律也存在類似意義。揭示體表空間信息的分布特點具有相當重要的醫(yī)學(xué)生物學(xué)意義，這些問題都提出了對人體體表物理信息進行數(shù)字化的要求。然而，以往研究大多只注意到局部問題，將整體信息綜合起來加以分析至今鮮有嘗試。隨著現(xiàn)代計算機與傳感技術(shù)的飛速發(fā)展，對人體內(nèi)外海量信息進行采集并實現(xiàn)綜合分析不再成為一件難事。現(xiàn)今逐步得到認同的一個觀點是，二十一世紀是充滿數(shù)字化的世紀，它已成為技術(shù)進步和社會進步的一個重要標志，目前，數(shù)字化的概念已滲透到幾乎所有領(lǐng)域，對于生命體這樣一個極其復(fù)雜的對象，從人體全三維解剖結(jié)構(gòu)的數(shù)字化，到人類基因組的超大規(guī)模測序等，無不充滿著數(shù)字化的卓越貢獻。
基于人體體表信息實現(xiàn)醫(yī)學(xué)診斷的途徑不會像射線和同位素等檢查手段那樣對人體產(chǎn)生副作用，因此逐步得到了應(yīng)用，就此開展的無損診斷研究一直是醫(yī)學(xué)界和工程界的重要目標，至今雖已取得了許多大的進展，但總體而言，仍處于探索之中。比如，現(xiàn)有方法大多只能實現(xiàn)靜態(tài)診斷，即通過一定成像裝置對靜息下的人體體表溫度、電學(xué)或磁學(xué)信息等進行成像后再對其是否存在疾病狀態(tài)加以判定。實際上，人體組織病變的重要信息往往蘊含在其動態(tài)過程中，因而實現(xiàn)動態(tài)診斷一直是提高醫(yī)學(xué)診斷有效性的關(guān)鍵。
以上闡述表明，人體體表信息如溫度、電場或磁場分布反映了人體的內(nèi)在健康或疾病狀態(tài)。對這些信息加以數(shù)字化采集和處理具有重大的臨床醫(yī)學(xué)價值。然而迄今尚無一種方法被提出來同時獲取人體體表全身的多種物理量的數(shù)字化信息。由于工程手段的介入遠遠不夠，同時又缺乏完備的裝置，也缺乏對體表物理狀態(tài)的準確控制，因此以往的檢測裝置大多僅具備單一功能，即僅記錄電場或磁場特性，或僅具備熱場記錄功能；而且，往往是局部信息，并未實現(xiàn)整個人體全身體表信息的數(shù)字化。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于克服已有技術(shù)只能單一、局部地采集人體體表局部信息的缺陷，從而提供一種可以實現(xiàn)人體全身體表物理信息同時采集的人體體表信息的采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)。
本發(fā)明的目的是通過以下技術(shù)方案實現(xiàn)的本發(fā)明提供的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，包括附著載體、離散地附著在該附著載體內(nèi)側(cè)上的傳感器和物理量刺激源，與各傳感器相連的數(shù)據(jù)采集儀，及與各數(shù)據(jù)采集儀相連的計算機；所述的物理量刺激源包括對人體進行物理量刺激的微熱源、微電源、微磁場源、聲學(xué)刺激源、光學(xué)刺激源、化學(xué)刺激源或它們的組合，所述的傳感器和物理量刺激源通過伸出附著載體外側(cè)的連線分別與數(shù)據(jù)采集儀相連；所述附著載體為適體型衣服式附著載體或為床墊式附著載體；其適體型衣服式附著載體為具有松緊性能的棉布制作的布質(zhì)附著載體，即為上衣型附著載體、下衣型附著載體或其組合；所述的傳感器為溫度傳感器、用鉑絲或金絲制作的微電極傳感器、微磁極傳感器(選用可測定微弱磁場的基于超導(dǎo)量子干涉器件即SQUID組成的磁強計)、微型聲學(xué)傳感器、微光學(xué)傳感器或化學(xué)傳感器；所述的數(shù)據(jù)采集儀和計算機數(shù)目為1到100臺；所述的傳感器和物理量刺激源元件可編織于附著載體的內(nèi)側(cè)；傳感器數(shù)量在1-100,000枚之間；傳感器之間間距為2-100mm，其相互間的空間位置呈正方形、矩形或三角形；所述的物理量刺激源數(shù)量在1-100,000枚之間；各物理量刺激源數(shù)量之間間距為2-100mm，其相互間的空間位置呈正方形、矩形或三角形。
使用時，待測病人進入與操作間隔開的檢測室內(nèi)，并將內(nèi)側(cè)布滿傳感器和物理量刺激源的適體型附著載體穿于身上或平臥于布滿傳感器和物理量刺激源的床墊式附著載體上，開通所有數(shù)字采集儀及計算機群，則人體全身體表的多種物理信息如溫度、電場及磁場信息即被采集入計算機，從而實現(xiàn)數(shù)字化分析或顯示，這些數(shù)字化信息通過進一步的分析軟件可用于人體健康狀況的評價。
本發(fā)明的優(yōu)點在于1.本發(fā)明的裝置可以實現(xiàn)人體全身體表物理信息的同時采集；2.本發(fā)明的裝置采用的適體型附著載體，建立一種結(jié)構(gòu)固定的測試裝置，使傳感器和物理量刺激源及其連線不易纏繞及毀壞，又可適于不同體型人體的測試；3.本發(fā)明的裝置結(jié)構(gòu)簡單、體積微小、成本低；4.本發(fā)明的裝置采用計算機群來同時、全面的采集數(shù)據(jù)，并將所有計算機采集到的信息通過局域網(wǎng)傳送至專門用于分析和成像的主計算機，再進行綜合處理，由于各臺計算機采集到的信息其空間和時間均是確定的，在分析用計算機上經(jīng)適當處理后即得到一個被測量人體的體表數(shù)字化信息，該信息將具有十分重要的醫(yī)學(xué)診斷價值。


圖1是本發(fā)明的人體體表信息的采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖；圖2(a)為附著載體及附著在該載體內(nèi)側(cè)的傳感器及物理量刺激源相對位置的俯視圖；圖2(b)為圖2(a)的側(cè)視圖；圖3是將本發(fā)明提供的人體體表信息的采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)用于人體全身體表信息采集及分析處理的示意圖；其中適體型衣服式附著載體(上衣)1適體型衣服式附著載體(下衣)10傳感器2、3、4 物理量刺激源5、6、7計算機9、99數(shù)據(jù)采集儀8連線81 數(shù)據(jù)采集儀連線82計算機聯(lián)網(wǎng)線66
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實施方式
進一步描述本發(fā)明如圖1所示為本發(fā)明的人體體表信息的采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意，包括適體型衣服式附著載體(上衣)1和適體型衣服式附著載體(下衣)10；傳感器為熱電偶傳感器，用標號2、3和4表示，物理量刺激源(微熱源)用標號5表示，物理量刺激源(微電場)用標號6表示；物理量刺激源(微磁場)用標號7表示；計算機9和99、計算機聯(lián)網(wǎng)線66；多陣列式數(shù)據(jù)采集儀8、傳感器連線81、數(shù)據(jù)采集儀連線82；電源、導(dǎo)線(圖中未示)。
適體型衣服式附著載體(上衣)1和適體型衣服式附著載體(下衣)10的布料為具有一定柔韌性的彈性純棉，其內(nèi)側(cè)為纖維薄膜，按圖1中所標定的位置(傳感器和物理量刺激源對應(yīng)的位置)處的纖維薄膜上開有直徑為100μm的微孔，并將傳感器和物理量刺激源按圖1中所標定的位置從相應(yīng)的微孔裝入，傳感器2，3，4的測量端從這些微孔處穿過露出纖維薄膜表面，以便與人體體表接觸而測取該處數(shù)據(jù)；傳感器2，3，4處進行細致而堅固的微觀縫紉編織，以便將該處的傳感器2，3，4固定?。灰酝瑯拥姆椒▽⑽锢泶碳ぴ垂潭ㄔ诶w維薄膜上；所述的適體型衣服式附著載體(上衣)1和適體型衣服式附著載體(下衣)10可設(shè)計成不同型號，且在衣服外設(shè)置松緊帶，以便衣服穿于人體后能適合于不同體型人體的物理信息監(jiān)測，保證傳感器陣列的測量點能與人體良好接觸；而傳感器2，3，4的連線81從適體型衣服式附著載體(上衣)1和適體型衣服式附著載體(下衣)10的外側(cè)引出，分別與各自的數(shù)據(jù)采集儀8(本實施例為Agilent 34907A型信號采集)相連，數(shù)據(jù)采集儀8則通過數(shù)據(jù)采集儀連線82與各自的計算機9相連，各計算機通過計算機網(wǎng)線66傳輸?shù)街鞣治鰴C99上。
使用時，待測病人進入與操作間隔開的檢測室內(nèi)，并將適體型衣服式附著載體(上衣)1和適體型衣服式附著載體(下衣)10穿在身(微熱源)物理量刺激源{也可根據(jù)實際需要，單獨穿著適體型衣服式附著載體(上衣)1或適體型衣服式附著載體(下衣)10}，圖3即為穿著適體型衣服式附著載體(上衣)1和適體型衣服式附著載體(下衣)10的待測病人在接受檢測的示意圖；人體體表的多種物理信息被采集，并通過計算機網(wǎng)線66傳輸?shù)街鞣治鰴C99上，由所編制的圖像和分析軟件處理并成像到計算機顯示屏上，同時提供對人體健康狀況的評價。
根據(jù)待測試體表信號分布精度的大小，傳感器之間的間距可在2-10mm之間隨意調(diào)整，其相互的空間位置也可呈不同結(jié)構(gòu)，如正方形、矩形或三角形等，在將適體型衣服式附著載體(上衣)1和適體型衣服式附著載體(下衣)10穿于人體后，對衣服外觀進行拍照，并通過計算機成像軟件判讀出各傳感器的位置，將它們的相對坐標信息存儲于計算機中。在上述部位的傳感器采得體表物理量后，即可通過成像軟件將該物理量的空間分布形貌以數(shù)字或彩圖形式顯示在計算機屏幕上。這樣，體表瞬態(tài)物理信號響應(yīng)即可實時成像，這些信息提供了疾病診斷的重要定量數(shù)據(jù)。
由圖2和圖3可知，本發(fā)明的的物理量刺激源5——(微熱源)物理量刺激源可采用由Peltier半導(dǎo)體元件構(gòu)成的器件制成微熱源，其Peltier元件作成100cm2大小，分散排列，根據(jù)需要對人體體表實施加熱或冷卻。在電場效應(yīng)的控制方面，本發(fā)明采用1mm-5cm的兩平行金屬板上連接微電源，通過連通電源在兩平行板間形成一微電場，從而構(gòu)成物理量刺激源(微電場刺激源)6。物理量刺激源(磁場效應(yīng)元件)7與電場類似，包括有一定距離的一對永磁體薄片，用于在其間產(chǎn)生磁場，永磁體也可從衣服本底上取下，此時的衣服即為近零磁場情形。其他物理量刺激源如聲學(xué)刺激可采用微型揚聲器實現(xiàn)，光刺激則采用特定激光光源如半導(dǎo)體激光器實現(xiàn)。綜上所述，組成本發(fā)明裝置的熱學(xué)和電學(xué)刺激元件均可在連通電源后開始工作，且各自的強度可通過電流或電壓大小的調(diào)節(jié)，所以使用起來十分方便。
圖3為傳感器2，3，4和物理量刺激源5、6、7的連線81從適體型衣服式附著載體的外側(cè)引出示意圖。
本發(fā)明所采用的各類傳感器及信號采集，均采用以往在人體測試上獲得成功應(yīng)用的元件和方法。比如，溫度傳感器可由熱電偶制成；而微電極可由鉑絲或金絲制作而成；磁極傳感器則選用可測定微弱磁場的基于超導(dǎo)量子干涉器件SQUID的磁強計(有關(guān)內(nèi)容可參見唐孝威主編，腦功能成像，pp.160-191，合肥中國科技大學(xué)出版社，1999)；人體體表聲信號可采用壓電薄膜式微型聲學(xué)傳感器測定；微光學(xué)信號則可采用微型光纖測定。
綜上所述，本發(fā)明提供的設(shè)備可對人體全身體表的多種物理量進行數(shù)字化存儲，而現(xiàn)有其他設(shè)備均只能對其中一種物理信息進行測定，且僅為局部體表的物理信息。顯然，由于人體是一個同時兼含多種能量過程的系統(tǒng)，要對其作出全面診斷和評價，最完善的作法毫無疑問是同時監(jiān)測出所有可能發(fā)生的物理效應(yīng)。本發(fā)明的提出將使得這方面的嘗試成為可能，其實施將大大拓展以往僅考慮單一效應(yīng)的不足，因而具有重要的醫(yī)學(xué)生理學(xué)意義。直接將傳感器編織在適體型衣服或床墊中從而直接對所觸及體表的物理信息進行量測是較佳的辦法(見圖3)，這也是本發(fā)明提出的關(guān)鍵之處。本發(fā)明的核心原理在于在衣服上設(shè)置多種類型的傳感器陣列，來獲取多種信息。連續(xù)性好，能較好地滿足三維數(shù)據(jù)采集的要求。且由于選擇用衣服作為基底后再制作傳感器陣列時相對容易，而且測試時穿戴也極為方便(見圖3)，數(shù)據(jù)采集及處理十分方便，測溫和評價體表組織的熱狀態(tài)比較容易，測試范圍廣(可對穩(wěn)態(tài)或動態(tài)實施成像)。本系統(tǒng)適宜于不同體表部位、不同面積大小的體表熱圖成像，且完全無損。
現(xiàn)代紡織工業(yè)已達到高度發(fā)達的程度，因此完成本發(fā)明提出的衣服傳感和刺激源系統(tǒng)的編制和加工并非難事。進一步地，還可將各種高度集成的傳感器紡織到衣服中，實現(xiàn)更多的功能。
應(yīng)該指出，本系統(tǒng)所用傳感元件并不僅限于上述所提及的溫度、電學(xué)或磁學(xué)傳感器，其他物理傳感器如微型聲學(xué)傳感器、微光學(xué)傳感器甚至化學(xué)傳感器以及它們的組合都可編制到衣服中用以測取更多的人體體表信息。同樣，本系統(tǒng)所用刺激元件也不僅限于上述所采用的熱學(xué)、電學(xué)或磁學(xué)刺激源，其他類型刺激源如聲學(xué)、光學(xué)及化學(xué)刺激源等以及它們的組合也均可采用。
此外，本發(fā)明提出的用于人體體表數(shù)字化信息獲取的衣服不僅僅作為以上所論及的數(shù)據(jù)采集和分析，其概念還可擴展到更寬范圍，如在衣服各部位設(shè)置相應(yīng)的微型理療器械后，則本發(fā)明提出的集成有多種特殊器件乃至集成化芯片的衣服還可充當一種全身治療裝置。這種系統(tǒng)既可對人體全身物理狀況作出全面評價，也可根據(jù)具體情況設(shè)置相應(yīng)的理療刺激參數(shù)，因而理療中可望達到較好的效果。特別是，上述思路還可用于普通衣服，如在普通衣服上編制一定有特殊治療功能的微型器件后，則所做成的衣服，可作為一種可隨時隨地執(zhí)行理療功能的衣服，這將大大拓展目前衣服僅作裝飾、保暖等簡單用途的思路。
本發(fā)明提供的對人體全身體表信息進行數(shù)字化記錄的過程是這樣實現(xiàn)的a)為隔絕外界因素干擾測試，人體體表數(shù)據(jù)的采集可在一個與周圍環(huán)境分離的檢測室內(nèi)進行。當實施數(shù)字化采集時，待檢測對象進入溫度、濕度適宜的檢測室，并進行更衣，將本發(fā)明提供的衣服穿著于身體(見圖3)；啟動數(shù)據(jù)采集儀及計算機群；伺人體處于安靜狀態(tài)后，即可開始測量。
b)對體表實施數(shù)字化成像時，可分靜態(tài)和動態(tài)檢測依次進行。這里先介紹靜態(tài)成像步驟將本發(fā)明提供的衣服小心傳戴在身上時，確定好各傳感器的位置，確保它們貼緊待測試人體全身體表，開通計算機9，99和數(shù)據(jù)采集儀8，記錄下所測試體表的物理信息分布，然后通過軟件進行分析及處理，根據(jù)其分布規(guī)律對人體身體狀況作出評價。在完成靜態(tài)信息成像后，即可開始動態(tài)成像的準備。此時，將設(shè)置在衣服各處的相應(yīng)刺激源5，6，7開通，比如，若開通的是熱源或冷源5，則體表由于受到加熱或冷卻作用，其溫度即發(fā)生改變，經(jīng)一定時間后，終止體表加熱或降溫，并開啟計算機和數(shù)據(jù)采集儀，記錄下不斷變化的體表瞬態(tài)溫度分布。結(jié)合臨床上建立的正常體表物理信息圖譜，即可判斷人體各部位是否出現(xiàn)病變特征，本發(fā)明提供的檢測手段對于亞健康狀態(tài)的評價可能會非常有用。與上述熱動態(tài)過程監(jiān)測同時的是，隨著體表熱狀態(tài)的改變，其電學(xué)、磁學(xué)狀態(tài)也有可能發(fā)生改變，于是，依賴于本系統(tǒng)提供的傳感器網(wǎng)，這種在人體全身體表上因熱而引起的其他物理效應(yīng)則可記錄到，它們也提供了極其重要的醫(yī)學(xué)診斷信息。同樣，若在人體體表施加電場刺激，則由電學(xué)效應(yīng)引起的熱狀態(tài)或磁狀態(tài)改變也可加以檢測。當然，利用本系統(tǒng)，還可同時或交替地實施熱學(xué)、電學(xué)或磁學(xué)的刺激，以綜合考察其規(guī)律。以往，同時對人體體表的多種物理信號進行監(jiān)測尚未有嘗試，即，要么僅依靠紅外攝像儀獲取其溫度分布，要么僅采用電生理儀獲取電信號，等等，各種效應(yīng)常常被割裂開來單獨予以分析，這必然會忽略許多本來十分關(guān)鍵的診斷信息。
權(quán)利要求
1.一種用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，包括附著載體、離散地附著在該附著載體內(nèi)側(cè)上的傳感器和物理量刺激源，與各傳感器相連的數(shù)據(jù)采集儀，及與各數(shù)據(jù)采集儀相連的計算機；所述的物理量刺激源包括對人體進行物理量刺激的微熱源、微電源、微磁場源、聲學(xué)刺激源、光學(xué)刺激源、化學(xué)刺激源或它們的組合，所述的傳感器和物理量刺激源通過伸出附著載體外側(cè)的連線分別與數(shù)據(jù)采集儀相連。
2.按權(quán)利要求1所述的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述附著載體為適體型衣服式附著載體，所述適體型衣服式附著載體為具有松緊性能的棉布制作的布質(zhì)附著載體，為上衣型附著載體、下衣型附著載體或其組合。
3.按權(quán)利要求1所述的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述附著載體為床墊式附著載體。
4.按權(quán)利要求1所述的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器為溫度傳感器、用鉑絲或金絲制作的微電極傳感器、可測定微弱磁場的基于超導(dǎo)量子干涉器件的磁極傳感器、壓電薄膜式微型聲學(xué)傳感器、光纖傳感器或測量體味的微化學(xué)傳感器。
5.按權(quán)利要求1的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述的數(shù)據(jù)采集儀和計算機數(shù)目為1到100臺。
6.按權(quán)利要求1、2、3、4或5所述的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器和物理量刺激源元件編織于附著載體的內(nèi)側(cè)。
7.按權(quán)利要求1、2、3、4或5的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器數(shù)量在1-100,000枚之間；傳感器之間間距為2-100mm，其相互間的空間位置呈正方形、矩形或三角形。
8.按權(quán)利要求6的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述的傳感器數(shù)量在1-100,000枚之間；傳感器之間間距為2-100mm，其相互間的空間位置呈正方形、矩形或三角形。
9.按權(quán)利要求1、2、3、4或5的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，所述的物理量刺激源數(shù)量在1-100,000枚之間；各物理量刺激源數(shù)量之間間距為2-100mm，其相互間的空間位置呈正方形、矩形或三角形。
10.按權(quán)利要求6的用于人體體表信息采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，其特征在于，其特征在于，所述的物理量刺激源數(shù)量在1-100,000枚之間；各物理量刺激源數(shù)量之間間距為2-100mm，其相互間的空間位置呈正方形、矩形或三角形。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種人體體表信息的采集及分析處理的數(shù)字化系統(tǒng)，包括附著載體、離散地附著在該附著載體內(nèi)側(cè)上的傳感器和物理量刺激源，與各傳感器相連的數(shù)據(jù)采集儀，及與各數(shù)據(jù)采集儀相連的計算機；物理量刺激源包括對人體進行物理量刺激的微熱源、微電源、微磁場源、聲學(xué)刺激源、光學(xué)刺激源、化學(xué)刺激源或它們的組合，各傳感器和物理量刺激源通過伸出附著載體外側(cè)的連線分別與數(shù)據(jù)采集儀相連；使用時，待檢測對象進入與操作間獨立的檢測室內(nèi)，并將內(nèi)側(cè)布滿傳感器的衣服穿于身上呈站立放松狀態(tài)，開通全部數(shù)字采集儀及相互聯(lián)網(wǎng)的計算機群，則人體全身體表的多種物理信息如溫度、電場及磁場等即被同時采集入計算機，并通過一臺主機進行可視化成像。
文檔編號G06F19/00GK1512428SQ03121468
公開日2004年7月14日 申請日期2003年3月28日 優(yōu)先權(quán)日2002年12月30日
發(fā)明者劉靜, 劉 靜 申請人:中國科學(xué)院理化技術(shù)研究所