可穿戴式电阻抗断层成像胃动力信息提取装置及提取方法
【技术领域】
[0001]本发明属于生物医学信号检测领域，尤其涉及胃消化过程中通过可穿戴式生物电阻抗成像系统进行胃动力信号检测。
【背景技术】
[0002]胃肠动力障碍性疾病是临床常见病，严重影响了人们的工作、学习和生活质量。有研宄表明，50%的胃肠疾病患者存在胃动力异常，胃部疾病总是从胃动力失调开始，向恶性化方向发展，并一直伴随胃动力异常，胃动力异常是胃肠疾病的源头之一。胃动力检测包括胃的收缩、蠕动规律及胃排空时间的测量。在国内外现有的一些检测方法中，腔内压测量、恒压器检查等可观察到由胃蠕动引起的压力波。但测量时要向胃内插管，患者不易接受?’放射性核素呼气试验，特别是闪烁扫描法，其定量性、重复性较好，是目前胃排空测量的金标准。但因使用核素，对患者有害，且价格昂贵，也不宜长时间、多次重复使用，其应用受到限制；超声方法可观察到胃排空或胃运动的情况。但要用于消化过程的长时间检查，在操作技术上还存在不少困难，而且胃内气体的存在会影响声束传播，干扰成像结果；体表胃电图(EGG)无创、方便，与胃收缩频率的相关性较好，可用于研宄和评价与胃节律性有关的疾病，但它与胃收缩或运动的关联性不强，其用于胃动力评价的相关研宄还有待深入。此外，以上各现行检查方法大都只能给出一、两项指标，难于全面、有效地反映胃动力与消化生理、病理变化规律。
[0003]电阻抗断层成像(electrical impedance tomography,以下简称EIT)以人体组织、器官的电阻抗特性及其变化为依据，通过配置于人体体表的电极阵列，提取与人体生理、病理状态相关的组织或器官的电特性信息，给出反应组织、器官功能状态及其变化规律的功能性图像结果。胃是人体内比较容易提取电阻抗信息的器官之一，在胃的活动期，如胃排空或胃收缩、蠕动时，由于胃的形态、容积及其内容物组成情况的改变较大，其电特性变化非常明显，变化规律与胃动力学状况相对应，相关性强。EIT技术通过在人体胃部体表映射区粘贴一圈电极，由一对电极施加一微弱的电流激励，然后测量其余电极对上对应的电压值，再切换一对电极进行激励，并测量其余电极对上对应的电压值，重复下去，可以测得一组电流激励下的电压值，根据测量得到的一组电压值，通过一定的重构算法即可重构出胃内部的电导率分布或者电导率变化的分布，可无创、连续地检测胃的运动信号，提取与胃动力学状况相对应的电特性及其变化信息，反应胃的收缩、蠕动及排空过程，从而达到检测与评价胃动力功能。
[0004]由于胃运动和胃排空是一个缓慢的过程，以往采用EIT进行胃动力检测往往需要患者在仪器设备前长时间停留，通过导线连接体表电极阵列和终端信息提取装置，再通过USB或者串口的方式将采集到体表阻抗信息上传计算机进行图像分析，往往需要患者在医院专门的仪器设备室进行诊断，随着时间的推移，患者的不适感增强。有些胃动力失调患者就是因为没有及时去医院就医而耽误了最佳治疗时间，进而演变成胃炎、胃溃疡甚至胃癌。
[0005]近些年，随着无线通讯技术以及互联网技术的发展，可穿戴式医疗设备呈现井喷式增长。可穿戴式设备具有操作简单方便、不受场地条件限制、功耗低、方便远程监控等优势。通过可穿戴式设备可以将人体生理病理信息及时上传手机，通过手机的处理器进行信息处理，并通过网络将数据结果传送到医生的网络数据终端，医生可以根据网络数据信息提出诊断意见，患者在家中就可以及时得到医生的诊断结果。
[0006]可穿戴式医疗设备目前主要是应用于生命体征测量方面，诸如:腕式电子血压计、心脏检测仪、血糖仪、脉搏监测器，耳塞式耳机、臂带或腕带可穿戴式运动与健身产品；至今还未有利用可穿戴式医疗设备为在人体胃消化过程中形成生物电阻抗成像的提供长期连续的胃动力信号的提取装置。
【发明内容】
[0007]针对现有技术，为了解决上述技术问题，本发明提出一种可穿戴式电阻抗断层成像胃动力信息提取装置，可以长期连续的获得佩戴者的胃动力信息，从而为电阻抗断层成像提供了准确的基础数据。
[0008]为了解决上述技术问题，本发明一种可穿戴式电阻抗断层成像胃动力信息提取装置，包括弹性松紧腰带和便携式智能设备，所述弹性松紧腰带上设有电极阵列，所述电极阵列包括等间距排列的8个或者16个电极扣；该装置还包括集成在一块电路板上的开关选通阵列，多频激励电流源、阻抗信号测量模块、DSP信号处理器单元和无线数据传输模块；所述电路板上设有8或者16个连接头；所述开关选通阵列包括用于激励电极选通的激励选通开关和用于测量电极选通的测量选通开关；所述激励选通开关和所述测量选通开关均分别由2片或者4片模拟开关集成电路DG412构成，测量选通开关的数量与激励选通开关数量相等；所述多频激励电流源包括DDS多频信号发生器和电压电流转换模块，所述DDS多频信号发生器由ADI公司的DDS芯片构成，所述电压电流转换模块采用基于ADI公司的芯片电流镜方案AD844或者差分放大器电流源方案AD8130 ;所述阻抗信号测量模块包括前置仪表放大器、程控放大器、AC-DC解调器和AD转换模块；所述前置仪表放大器选用ADI公司的仪表放大器；所述程控放大器选用ADI公司或者TI公司的产品；所述AD-DC解调器选用ADI公司均方根值检测芯片；所述AD转换模块选用ADI公司或者TI公司16位或者24位AD转换芯片；所述DSP数字信号处理器单元选用TI公司的DSP处理芯片；所述无线数据传输模块采用基于蓝牙4.0以上芯片的传输系统；所述弹性松紧腰带上的电极扣通过标准导联线与所述电路板上的连接头相连，每一个连接头还分别与测量选通开关中的一路开关的输入和激励选通开关中的一路开关的输出相连，通过开关的控制来决定电极的状态是用于激励还是测量；所述DSP数字信号处理器单元的1端口控制所述DDS多频信号发生器产生用于激励的交流电压信号，该交流电压信号输入到电压电流转换模块的信号输入端，经过电压电流转换，输出满足需要的激励电流源，生成的激励电流源注入到激励选通开关的每一路开关的输入端；通过测量选通开关的选通来依次拾取检测电极对上的电压信号输送到前置仪表放大器的信号输入端，经过前置放大的信号输送到程控放大器的输入端，通过DSP数字信号处理器单元的1端口控制程控放大倍数，信号经程控放大，在程控放大器的输出端输出并输送到AC-DC解调器的输入端进行AC-DC转换成直流电压信号，该电压信号直接输入到AD转换模块的模拟信号输入端，DSP数字信号处理器单元控制AD转换模块进行数据转换并读取转换结果，同时DSP数字信号处理器单元控制无线数据传输模块将AD转换模块的转换结果上传便携式智能设备。
[0009]利用上述可穿戴式电阻抗断层成像胃动力信息提取装置进行信息提取的方法，包括以下步骤:
[0010]步骤一、将带有电极阵列的弹性松紧腰带置于佩戴者腹部胃的体表投射区，通过粘贴条将弹性松紧腰带连接形成环状带，在弹性松紧腰带的每个电极扣上均分别设有一标准一次性心电电极；
[0011]步骤二、所述DSP信号处理器单元控制DDS多频信号发生器产生幅值可变、频率可调的交流电压信号，电压电流转换模块将该交流电压信号转换成激励电流源；通过所述激励选通开关依次将激励电流注入到弹性松紧腰带的一对电极上，
[0012]步骤三、所述测量选通开关拾取弹性松紧腰带上相应电极对的阻抗信号；
[0013]步骤四、所述前置仪表放大器对该电极对上的阻抗信号进行一次拾取放大，程控放大器对一次放大的阻抗信号进行二次程控放大，经过两次放大的阻抗信号依次经过AC-DC解调和AD转换成DSP信号处理器单元识别的数字信号，并将该数字信号经过无线数据传输模块传到便携式智能设备上进行数据处理。
[0014]与现有技术相比，本发明的有益效果是:
[0015](I)该可穿戴式电阻抗断层成像胃动力信息提取装置可以将人体胃部动力信息及时上传便携式智能设备，通过便携式智能设备的处理器进行信息处理，并通过网络将数据结果传送到医生的网络数据终端，医生可以根据网络数据信息提出诊断意见，患者在家中就可以及时得到医生的诊断结果，方便了有胃部疾病患者的就医诊断；
[0016](2)通过将电阻抗成像检测电极均匀分布在一个可穿戴的弹性松紧电极阵列腰带上，使检测电极与皮肤能够充分良好的接触，减少因