[发明专利]用于电磁头部成像的可穿戴天线组件

说明书

一种用于受验者的断层脑成像的可穿戴天线组件，该天线组件包括：弹性帽，其被戴在受验者的头上，该受验者的脑将被成像；天线的阵列，其在相应的相互间隔开的位置处至少部分地嵌在帽中，使得当帽被受验者戴着时，天线布置在受验者的脑周围；其中帽具有多层结构，该多层结构包括由分散在PDMS中的石墨和氧化铝粉末组成的层以改善介电特性与受验者的头部的介电特性的匹配。

背景

脑中风是全世界残疾和死亡的主要原因之一。根据澳大利亚中风基金会组织，在2017年，大约55,831个澳大利亚人每九分钟遭受一次威胁生命的中风，且在不采取行动的情况下这个数字到2050年底为止将增加到每四分钟一次中风。诊断和治疗的时间对于快速和完全的恢复是至关重要的。因此，需要一种快速的、便于携带的现场和准确检测工具来拯救成千上万的生命。虽然存在几种现有的成像技术，例如x射线乳房造影术、计算机化和正电子发射断层扫描以及磁共振成像(MRI)，但这些技术在农村医院是难得到的，而且在任何情况下对低收入患者是几乎负担不起的。最重要地，这种系统的大尺寸使护理人员团队为了快速诊断而携带和在现场使用变得几乎不可能。此外，这些技术要么基于电离辐射要么需要使用起来昂贵的庞大静态结构；因此，将这些现有工具用于持续的监控是不切实际的。

先前的研究已经证明了使用低功率电磁(EM)波来检测和诊断人脑内的异常的可行性。该技术作为与上述标准技术相比的补充低成本、快速和非电离方法被引入。EM成像系统由在低微波频带中操作的低功率天线阵列和简单收发器组成。因此，它提供可用作现场诊断工具的低成本可靠系统。

EM图像重建基于人类头部内部的健康和不健康组织的介电特性中的对比。因为EM信号的散射、穿透和吸收取决于这些特性，这些特性中的差异可用于通过重建有用的图像来检测异常。已经提出了用于脑中风和癌症检测和诊断的几种类型的EM头部成像系统。然而，由于需要被解决的几个困难，这些系统不是很容易适用于临床使用。现有系统的主要限制是它们的尺寸和与人类头部的有限兼容性、电磁信号进入头部内的穿透深度、天线与头部组织的不匹配以及空气-皮肤界面反射，这些限制引起对有用的反射信号的干扰，导致不准确和低分辨率的图像。

克服或减轻现有技术的一个或更多个困难或者至少提供有用的备选方案因此是期望的。

概述

发明人已经发现，成像天线阵列在EM头部成像系统的性能(例如图像准确度、检测能力)及其物理特性(例如便携性、柔性、重量)中起关键作用。对于高效的和便于携带的EM头部成像系统，需要轻量级可穿戴平台和宽带低剖面单向和高效的天线阵列。然而，由于在低微波频带中操作时的尺寸限制、相邻天线之间的高相互耦合以及抑制EM波的穿透的人类头部组织的复杂性/高衰减，具有这样的特征的天线阵列的获得是非常有挑战性的。现有技术EM头部成像系统使用在刚性介电印刷电路板(PCB)上或基于陶瓷加载波导制造的常规成像天线。对刚性常规PCB板的依附限制了提高性能和控制这种系统的尺寸、兼容性、柔性和便携性的能力。

根据本发明的一些实施例，提供了一种用于受验者的断层脑成像的可穿戴天线组件，该天线组件包括：

弹性帽，其用于戴在受验者的头上，该受验者的脑将被成像；

天线的阵列，其在相应的相互间隔开的位置处至少部分地嵌在帽中，使得当帽被受验者戴着时，天线布置在受验者的脑周围；

其中帽具有多层结构，该多层结构包括由分散在PDMS中的石墨和氧化铝粉末组成的层以改善介电特性与受验者的头部的介电特性的匹配。

在一些实施例中，该层的成分提供约20的相对介电常数和在1GHz处的约0.016的损耗角正切(loss tangent)。

在一些实施例中，石墨和氧化铝粉末按重量以约0.2:1.8:10的比分散在PDMS中。

在一些实施例中，天线在两行中布置在受验者的脑周围。

在一些实施例中，帽包括在受验者的头部和每个天线的收发元件之间的PDMS层。