非侵入性外创伤在体监测探头及测量方法技术

技术编号:29650436 阅读:15 留言:0更新日期:2021-08-13 21:26
本发明专利技术公开了一种非侵入性体外创伤监测探头,包括外边沿金属极板、介质基板,还包括中心金属导带,其中外边沿金属极板位于介质基板之上,中心金属导带置于外边沿金属极板之上,且与外边沿金属极板之间留有间隙;分别贯穿金属导带、外边沿金属极板和介质基板两端开设过孔,形成同轴馈电激励端口。本发明专利技术还公开监测探头的体外创伤监测方法,通过测量时探头与矢量网络分析仪相连,通过特定的转换关系以及电路分析模型,从测量参数中提取主要参量并基于该参量可对创口状态进行判别分析。

【技术实现步骤摘要】
非侵入性外创伤在体监测探头及测量方法
本专利技术涉及生物组织电磁检测领域,尤其涉及生物组织高频(>1GHz)电磁非侵入性创口在体监测探头及其测量方法。该专利技术适用于生物体外创伤口状况的实时、在体监测。易共形、可小型化,有较高的便携性能与测量精度,具有很好的应用前景。
技术介绍
创口愈合对伤者而言是非常重要且漫长的过程。对创口进行监测,不仅可以实时了解创口状况,进而对其进行有效处理,还可以为创口评估和治疗计划提供实时有效的信息。此外,也给临床研究提供了可靠的信息资源。因此,创口监测具有十分重要的应用价值与研究意义。现代医疗健康领域正逐渐向数字化、网络化、家庭化不断转变。这意味着医疗监测技术应更加高效,准确,方便且无创,以适应现实中各领域需求,例如工程,军事等。现有的创口监测技术主要基于临床人员的经验,通过诸如创口面积和深度的物理学测量或诸如细胞迁移实验等生理测量进行评估。但这些方法便捷性与实时性不高。以光学相干断层扫描(OCT)为代表的物理图像技术具有良好的实时性能,并满足高精度和非侵入性要求。然而,OCT检测容易受到诸如绷带,药物,血流等外部因素的干扰,并且由于光学仪器的敏感性,其监测成本相对较高。
技术实现思路
本专利技术的目的在于,提供一种可实时监测生物体外创口状况的非侵入性测量探头及相应的测量方法。该探头具备良好的共形特性,可贴附于绷带等护创材料之间,防止与创口直接接触,实现非侵入性,且探头易于小型化,便携性能和组阵特性较高;测量方法基于传输线理论,可实时获取多个特征参数,提高测量结果的精确度。探头组阵后还可以基于测量参数实现成像效果,成像分辨率较高。为了实现上述任务,本专利技术采取如下的技术解决方案予以实现:一种非侵入性体外创伤监测探头,包括中心金属导带、外边沿金属极板、介质基板,中心金属导带和外边沿金属极板同侧位于介质基板之上,且中心金属导带与外边沿金属极板之间留有间隙;分别贯穿金属导带、外边沿金属极板和介质基板两端开设过孔,形成同轴馈电激励端口。进一步地,贯穿金属导带、外边沿金属极板和介质基板两端的过孔对称设置。所述的金属导带、外边沿金属极板的两端均为弧形,且金属导带的弧顶与外边沿金属极板内侧两端弧顶共圆心设置。所述的介质基板的材料为柔性电路基板FPC,金属导带与外边沿金属极板的材料为金或者表面镀金的铜。本专利技术还公开了一种监测探头的体外创伤监测方法,该方法包括如下步骤:1)选择监测探头A和监测探头B;2)将监测探头置于包裹创口的创护材料中间,其中,探头与创口之间的护创材料厚度不超过10mm;监测探头的金属导带(101)面朝向创口表面,探头的介质基板(103)面继续包覆创护材料。该探头作为创口监测探头A;将另一个探头置入包裹监测探头A的创护材料,然后将整体置于空气中作为标校监测探头B;3)分别将创口监测探头A、标校监测探头B的馈电端通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪上,工作频率>1GHz,测量得到标校监测探头B、创口监测探头A的二端口网络散射矩阵S0和S1:公式(1)中,Sij为探头的二端口网络散射矩阵S参数,表示其他端口匹配时,端口j到端口i的传输系数;4)根据参数S0和S1进一步计算标校监测探头B、创口监测探头A的二端口网络阻抗矩阵Z0和Z1,具体计算公式如下:公式(2)中,Ziij为探头的二端口网络阻抗矩阵Zi参数,表示端口j到端口i的转移阻抗,Zc为探头馈电端口的特性导纳,I为单位矩阵;7)将创口监测探头A的二端口网络阻抗矩阵Z1减去标校监测探头B的二端口网络阻抗矩阵Z0,最终得到标校后的创口监测探头A的二端口网络阻抗矩阵Z=Z1-Z0参数;8)针对创口监测探头A的二端口网络建立“T”型等效电路模型,并对标校后的创口监测探头A的二端口网络阻抗矩阵Z=Z1-Z0参数进行数据处理,“T”型等效电路由复阻抗Z1、Z2、Z3组成,且满足如下关系:7)针对复阻抗Z1、Z2、Z3的实部和虚部,在最大谐振频率点f0附近构建频率分布模型,模型中复阻抗Z1、Z2、Z3的实部和虚部与工作频率f之间满足如下关系:其中,q1、q2均为常数,pi(i=1~24)为被测生物体创口处的介电特性参数;8)对步骤7)复阻抗Z1、Z2、Z3的模型参数pi(i=1~24)进行主成分分析,从中提取参数m1、m2,参数m1、m2与pi之间满足如下关系:M=P·C=[m1m2]=[p1…p24]·C(5)其中,矩阵C(24×2矩阵)为参数pi(i=1~24)的特征矩阵;11)将步骤5)得到的将标校后的创口监测探头A的二端口网络阻抗矩阵Z=Z1-Z0参数和步骤8)得到的被测生物体创口处的介电特性参数,构建创口状态管理数据库;对创口状态进行管理分类,并提取分类中心:Mi为创口状态的参数矩阵中心,i为创口状态类别;12)基于创口状态管理数据库中创口状态类别,对探头测量获取的主要参数M=[m1,m2]进行聚类分析并判别,当Pi=1时,i所对应的创口状态类别即为当前创口状态。优选地,步骤4)中Zc=50Ω。本专利技术的非侵入性外创伤在体监测探头和现有技术相比,具有以下的优势:1.测量无需直接接触组织,对生物组织既没有破坏性,也不会造成与生物组织之间的交叉污染。2.探头选用柔性基底材质,共形能力高,测量受组织形状的影响较低。3.探头整体轻薄,尺寸较小(与创可贴尺寸规格相当),便携性高,且易于多个探头进行组阵实现成像监测。4.探头工作频段较高(>1GHz),易于获取较高的信息分辨率。附图说明图1是本专利技术探头结构的正视图、背视图与侧视图。其中,图(1a)是探头结构的正视图,图(1b)是探头结构的背视图,图(1c)是图(1a)的左侧视图。图2是本专利技术探头的中心金属导带的正视图与侧视图。其中,图(2a)是金属导带的正视图,图(2b)是图(2a)的前侧视图,图(2c)是图(2a)的左侧视图。图3是本专利技术探头的金属极板的正视图与侧视图。其中图(3a)是极板的正视图,图(3b)是图(3a)的左侧视图。图4是本专利技术探头的介质基板的正视图与侧视图。其中图(4a)是介质基板的正视图,图(4b)是图(4a)的左侧视图。图5是本专利技术探头的过孔位置示意图。图6是本专利技术实施例中的仿真结构模型示意图。图7是本专利技术测量方法中针对探头的二端口网络建立的“T”型等效电路阻抗模型。图8是本专利技术实施例中的各生物组织介电特性参数。其中图(8a)是各组织的介电系数,图(8b)是各组织的电导率。图9是本专利技术实施例中探头两端不同结构设计下探头监测正常组织和异常组织阻抗结果对比图。其中图(9a)是探头两端开路设计下阻抗实部对比图,图(9b)是探头两端开路设计下阻抗虚部对比图,图(9c)是探头两端矩形封闭设计下阻抗实部对比图,图(9d)是探头两端矩形封闭设计下阻抗虚部对比图本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非侵入性体外创伤监测探头,包括中心金属导带(101)、外边沿金属极板(102)、介质基板(103),其特征在于:中心金属导带(101)和外边沿金属极板(102)同侧位于介质基板(103)之上,且中心金属导带(101)与外边沿金属极板(102)之间留有间隙;/n分别贯穿金属导带(101)、外边沿金属极板(102)和介质基板(103)两端开设过孔(104),形成同轴馈电激励端口。/n

【技术特征摘要】
1.一种非侵入性体外创伤监测探头,包括中心金属导带(101)、外边沿金属极板(102)、介质基板(103),其特征在于:中心金属导带(101)和外边沿金属极板(102)同侧位于介质基板(103)之上,且中心金属导带(101)与外边沿金属极板(102)之间留有间隙;
分别贯穿金属导带(101)、外边沿金属极板(102)和介质基板(103)两端开设过孔(104),形成同轴馈电激励端口。


2.如权利要求1所述的非侵入性体外创伤监测探头,其特征在于:所述的贯穿金属导带(101)、外边沿金属极板(102)和介质基板(103)两端的过孔(104)对称设置。


3.如权利要求1所述的非侵入性体外创伤监测探头,其特征在于:所述的金属导带(101)、外边沿金属极板(102)的两端均为弧形,且金属导带(101)的弧顶与外边沿金属极板(102)内侧两端弧顶共圆心设置。


4.如权利要求1所述的非侵入性体外创伤监测探头,其特征在于:所述的介质基板(103)的材料为柔性电路基板FPC,金属导带(101)与外边沿金属极板(102)的材料为金或者表面镀金的铜。


5.一种使用权利要求1-4任意一项权利要求所述的监测探头的体外创伤监测方法,其特征在于:该方法包括如下步骤:
1)选择监测探头A和监测探头B;
2)将监测探头置于包裹创口的创护材料中间,其中,探头与创口之间的护创材料厚度不超过10mm;监测探头的金属导带(101)面朝向创口表面,探头的介质基板(103)面继续包覆创护材料,该探头作为创口监测探头A;将另一个探头置入包裹监测探头A的创护材料,然后将整体置于空气中作为标校监测探头B;
3)分别将创口监测探头A、标校监测探头B的馈电端通过同轴电缆连接到矢量网络分析仪上,工作频率>1GHz,测量得到标校监测探头B、创口监测探头A的二端口网络散射矩阵S0和S1:



公式(1)中,Sij为探头的二端口网络散射矩阵S参数,表示其他端口匹配时,端口j到端口i的传输系数;...

【专利技术属性】
技术研发人员:张亮季振宇
申请(专利权)人:中国人民解放军空军军医大学
类型:发明
国别省市:陕西;61

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