基于zynq的可运动穿戴的便携式人体电阻抗实时成像装置的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种基于ZYNQ的可运动穿戴的便携式人体电阻抗实时成像装置，既可作为便携式设备在人体运动等情况下测量肺部呼吸情况，也可作为枕边的呼吸监护仪，属于医疗影像技术领域。
【背景技术】
[0002]—种便携式的能实时监护人体的医疗影像设备，不仅要求影像设备具有足够高的成像频率，还要求长时间监护人体之后对人体没有损伤，同时还要求设备测量方便，体积小，不用额外的监护人。从对病人健康的角度而言，目前大部分的医疗影像设备为有损成像，不适合作为长期监护;从技术角度而言，目前的成像的医疗设备体积庞大，不能作为便携式设备，同时成像速度慢，不能满足实时成像的要求。
[0003]电阻抗断层成像(EIT)是20世纪七十年代末提出的继形态、结构成像之后的一种新型医疗影像技术，它利用人体组织阻抗差异而恢复出人体内部结构，旨在开发一种体积小、成本低、对人体无害的医疗影像设备。
[0004]传统的电阻抗成像装置一般有两种构架，一种是便携式的采集装置，另外一种是体积较大的成像装置。第一种便携式的采集装置一般只完成信号采集的功能，然后将采集到的数据以有线或者无线的方式发送到智能设备或者计算机便于后期处理和分析，这种方式的优点是采集装置便携，但是不能独立完成成像过程;第二种一般采用多个处理器，如“FPGA+DSP”、“FPGA+ARM”等构架，FPGA实现高速信号采集，另外一个处理器实现算法重建和图像显示的功能，这种方式的优点是能独立完成电阻抗成像，不需要外部的智能设备，缺点是设计复杂。
[0005]综合目前的电阻抗成像的两种主要构架和肺部电阻抗成像的特点，实现穿戴式肺部电阻抗实时成像装置还存在几个困难。第一，用小体积的，架构简单的处理系统实现电阻抗成像的采集、图像重建和实时显示的全部功能是最大困难;第二，由于人的呼吸频率较快，如果要动态监控人呼吸的过程，对电阻抗成像速度有更高的要求;第三，人在呼吸的时候，人体的胸腔结构会发生变化，不同的人也有不同大小的胸围，电阻抗成像的电极间距是否相等会对成像效果有较大的影响;所以设计一种能等间距的、牢固的固定在不同胸围的人身上的电极是非常重要的。
【发明内容】
[0006]本发明的目的是提供一种基于ZYNQ的可运动穿戴的便携式人体电阻抗实时成像装置，能够解决上述技术问题。
[0007]解决上述技术问题的技术方案如下:
[0008]—种基于ZYNQ的可运动穿戴的便携式人体电阻抗实时成像装置，包括:可穿戴的电极阵列、激励源、采集电路、多路选择器、ZYNQ处理器、显示屏、充电电池;其中:
[0009]可穿戴的电极阵列，包括松紧带、纽扣式导联线和纽扣式生理电极，纽扣式导联线均匀地固定在松紧带上，使用时纽扣头导联线与纽扣式贴片生理电极扣紧，松紧带固定在人体上，达到贴片电极与人体接触良好；
[0010]激励源，由ZYNQ处理器的DDS IP核，DAC电路和V/I电路组成;ZYNQ处理器的DDS IP核能够进行软件修改，使得激励频率可调；同时V/I电路确保流过人体的电流为安全电流；
[0011]采集电路，对信号先放大，再经过隔直电路和单端转差分电路进一步提高信噪比，最后信号送到ADC芯片进行采集；
[0012]多路选择器，采用多路选择实时切换激励电极和采样电极以降低电路成本；
[0013]ZYNQ处理器，采用ZYNQ可编程逻辑器件实现对电流激励源，信号采集和多路选择的并行控制，同时采用数字相敏检波方法提取信号的幅值和相位并通过AXI总线发送到ZYNQ的ARM处理器，由基于ARM处理器的片上操作系统实现图像重建算法并实时显示在显示屏上；
[0014]采用充电电池供电，采用小型液晶屏作为显示器。
[0015]进一步地，松紧带保证电极之间间距相等和固定牢固。
[0016]进一步地，松紧带自然状态下，电极之间的间距为4cm，松紧带绷紧时，两个电极之间的间距最大可达8cm ；采用16个电极时，松紧带能够固定在64cm?128cm的人体，实现对不同胸围的人的快速稳定固定和测量。
[0017]本发明的工作原理:空气是不导电的，所以人在呼吸的时候，随着肺部空气量的变化肺部的阻抗值会随着发生变化，所以可以利用电阻抗成像的方法反应人呼吸时肺部的空气变化量，进一步反应人体肺部的健康状态。本发明的可穿戴式电极阵列固定在人体身上，成像装置开始工作后，系统的激励源给人体注入微小的电流，并在其它电极上测量到的诱发电压值来推导出人体内部的阻抗分布图。而作为肺部的呼吸监控装置，装置在人呼气到底时采集一幅图像作为背景图像，之后采集到的图像减去背景图像就是人体呼吸时肺部空气量的变化。
[0018]本发明的有益效果:
[0019](I)本发明是基于ZYNQ的可运动穿戴式胸腔电阻抗实时成像装置，可以实现对人体呼吸时肺部的实时监控；
[0020](2)本发明设计了可穿戴式的电极阵列，利用松紧带上固定扣式电极的方法，不仅可以保证电极之间的距离相等，还可以实现在不同胸围身上的稳定固定；
[0021](3)发明以ZYNQ作为处理器，简化了系统构架，实现了高速信号并行控制，图像重建和显不的功能；
[0022](4)由于以ZYNQ为处理器可以以简单的构架实现了电阻抗成像的信号控制、图像重建和显示，利用充电电池供电，用小型液晶片作为显示，真正做到了独立的可穿戴的便携式电阻抗成像装置。
【附图说明】
[0023]图1为本发明一种基于ZYNQ的可运动穿戴的便携式人体电阻抗实时成像装置的肺部监护简易图；
[0024]图2为本发明的可穿戴式电极阵列设计图；
[0025]图3为本发明的的电子系统框图。
【具体实施方式】
[0026]下面结合【附图说明】本发明的具体安装与工作方式。
[0027]本发明提供的一种基于ZYNQ的可运动穿戴的便携式人体电阻抗实时成像装置的肺部监护简易图如图1所示，其中成像装置(I)通过线缆与可穿戴电极阵列(3)连接，可穿戴电极阵列(3)固定在待测人体(2)上。
[0028]本发明提供的一种基于