[发明专利]基于电阻抗成像技术的足底压力面参数测量系统及方法

说明书

本发明为基于电阻抗成像技术的足底压力面参数测量系统及方法，包括压力面参数感应鞋垫、传感器阵列控制模块、电极阵列、结果计算和显示终端；电极阵列铺设在压力面参数感应鞋垫上；传感器阵列控制模块包括单片机、激励电极选通模块、电压测量电极选通模块，电极阵列采集足底电压数据并传输给单片机，单片机对所采集的足底电压数据进行处理后，向结果计算和显示终端输出处理后的电压数据组，通过电阻抗成像算法和关联特性标定方法得出整片导电橡胶上的压力分布。本发明采集数据速率快、精度高，检测结果直观、全面，且对人体无损害，为临床诊断、矫形处方、康复治疗等提供可靠数据和客观评价。

技术领域

本发明属于可穿戴类传感器技术领域，具体涉及基于电阻抗成像技术的足底压力面参数测量系统及方法。

背景技术

足底压力分布信息是评估人体健康状况的重要依据，同时对某些疾病的预测具有重要意义。通过实时监控足底压力状况，探索足底压力参数的分布规律，可以为临床诊断、矫形处方、康复治疗等提供可靠数据和客观评价。

电阻抗成像(EIT)技术是一种以目标内部电阻率的分布为成像目标的新型医学成像技术。它根据物体内部不同物质的导电参数的不同，通过在物体表面施加安全激励电流并同时测量，进而获知目标内部导电参数的分布以重建出反映物体内部结构的图像。尽管EIT技术的图像分辨率还不能和现有的X射线断层扫描成像、核磁共振、超声像等技术所达到的图像分辨率所比拟，但是由于EIT技术属于功能成像，且具有设备轻便、成本低廉、无损伤检测等特点，在过去的二十多年里得到了广泛而深入的研究，特别是在生物医学工程领域具有重要的应用前景。

传统的足底压力测量装置一般采用在足底关键点铺设传感器阵列的测量方法来获取足底压力数据，这种方法较为简单，且只能通过个别测量点处的足底压力数据来分析整个足底压力状况，缺乏全面性和直观性。

另外，在足底铺设的各个传感器需要满足压阻特性相似的要求，然而不同压力传感器(即使是同一型号)的压阻特性存在个体差异，挑选出相似的压力传感器比较困难，时间和人工成本开销较大，因此这种测量足底压力的方式不太适合大规模运用。

发明内容

为了克服现有技术中的缺点，本发明的目的在于提供基于电阻抗成像技术的足底压力面参数测量系统，它具有设备轻便、成本低廉、易于量产、测量结果直观、对人体无损伤等优点。

本发明还提出基于电阻抗成像技术的足底压力面参数测量方法。

本发明测量系统为：基于电阻抗成像技术的足底压力面参数测量系统，包括压力面参数感应鞋垫、传感器阵列控制模块、电极阵列，以及结果计算和显示终端；

电极阵列铺设在压力面参数感应鞋垫上；传感器阵列控制模块包括单片机，以及分别与单片机连接的激励电极选通模块、电压测量电极选通模块，电极阵列在电压测量电极选通模块、激励电极选通模块的选通与激励下，采集足底电压数据并传输给单片机，单片机对所采集的足底电压数据进行处理后，向结果计算和显示终端输出处理后的电压数据组；

结果计算和显示终端通过电阻抗成像算法将电压数据组转化为面电阻数据，然后根据面电阻-面压力参数关联特性的标定方法求得相应的面压力参数数据，进而得出整片导电橡胶上的压力分布，再将压力分布以数据可视化方式显示。

本发明测量方法基于上述测量系统，传感器阵列控制模块还包括与单片机连接的恒流源激励模块；测量方法包括以下步骤：

S1、单片机控制恒流源激励模块产生一个幅度恒定的电流信号，并经激励电极选通模块把电流注入电极阵列中的某一对电极，同时通过电压测量模块测量其余电极上的电压，采集用于电阻抗成像的电压值；

S2、对所采集的电压值进行预处理，预处理后的信号经过调解器，利用相敏解调的方式把信号的幅度解调出来，获取阻抗大小的信息；把解调后的信号传输到单片机中，单片机先对信号进行放大，然后再通过对信号进行模数转换，转换后的数字信号传送到结果计算和显示终端；