用于在電子設備中分析身體組織層的裝置和方法與流程
本公開涉及在電子設備中分析身體組織層。
背景技術：
個性化地監(jiān)測健康參數(shù)對于每個人來說有重要的優(yōu)先級：身體脂肪量監(jiān)測、用于腫瘤檢測的頭部成像系統(tǒng)、用于乳腺癌的胸部成像系統(tǒng)、心臟功能和血管運動分析等對于醫(yī)療保健來說是至關重要的。
據(jù)說中心型肥胖引起與生活方式有關的疾病，例如，糖尿病、高血壓和高脂血癥。可以通過監(jiān)測內臟脂肪、或積聚在腹部肌肉和背部肌肉內側的內臟器官周圍且與位于靠近軀干區(qū)域表面的皮下脂肪不同的脂肪來有效地防止中心型肥胖。
到目前為止，沒有在家里定期監(jiān)測脂肪厚度的電器。醫(yī)學成像利用3d重建系統(tǒng)，其需要復雜且昂貴的硬件及處理算法實現(xiàn)方式。需要可以以毫米精度檢測脂肪厚度的變化并且可被用于日常個人使用的新方法。由于大量的研究已證實對于肥胖癥狀的早期檢測可以導致最有效的治療，因而需要脂肪監(jiān)測系統(tǒng)。
在美國專利no.7,725,150b2中，描述了被稱為微功率脈沖傳感器的uwb傳感器的變體，其與先進的信號處理技術結合以提供包括頻譜分析的新型醫(yī)學成像技術以及現(xiàn)代統(tǒng)計過濾技術來搜索、獲取、跟蹤或詢問生理數(shù)據(jù)。諸如us7,725,150b2的現(xiàn)有實施方案的缺點可能包括以下內容：
接收器由基帶脈沖串的延遲版本觸發(fā)；深度信息分析需要在延遲范圍內連續(xù)掃描延遲值。需要對每個延遲值進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計過濾，因此該過程是耗時的。用于生理數(shù)據(jù)提取的方法需要uwb傳感器在皮膚表面上的固定位置。不支持沿身體器官的表面掃描生理數(shù)據(jù)。
該設備應固定放置在感興趣的區(qū)域上并且在時域上重建生命(vital)信號。
由于身體器官深度掃描過程(測距模式)和uwb傳感器相對于表面的機械位移之間未提供同步，所以uwb傳感器的位移會中斷測量。因此，不支持沿身體器官的表面掃描生理數(shù)據(jù)。在這種情況下，不能重建3d或2d中的組織結構圖像。
在uwb傳感器沿著人體表面連續(xù)移動期間，不能夠測量生理參數(shù)。
在美國專利no.8,089,396b2中描述了用于uwb傳感器中的體(volume)可視化方法及其系統(tǒng)。該專利描述了用于測量結果處理和3d數(shù)據(jù)表示的方法。
us8,089,396的以下缺點限制了其適用性：
uwb傳感器相對于可視化體的固定位置限制了3d可視化的分辨率。僅在天線陣列結構具有與待可視化的整個體相同的大小時可獲得可接受的分辨率。因此，脂肪掃描任務將需要相比于整個人體大小的龐大的設備尺寸。
所公開的uwb傳感器的接收天線陣列由于遮蔽效應而不能從位于其側面處的對象接收信號。因此，不可能與人體直接接觸地使用us8,089,396的uwb傳感器。
由于所提及的缺點，us8,089,396中提出的方法對于本公開中所公開的應用不是最佳的。
在專利文獻jp5224454中，多個發(fā)送和接收天線被固定在固定測試體周圍的預定位置中。身體組織必須緊緊地放置在該測試體之內。人體模體(phantom)組織用于jp5224454的測量系統(tǒng)的校準。在校準期間，測試體完全被用人體模體組織填充。
jp5224454的以下缺點限制了其適用性：
天線結構應具有與成像下的身體器官相同的大小。因此，脂肪掃描任務將需要相比于人體大小的龐大的設備尺寸。
在測量之前，需要利用人體模體組織進行在家庭條件下無法進行的校準。
固定的測試體應具有對應的人體部位的特定尺寸。因此，在各種身體部位(即，腹部、腿部、手部、頸部)處的脂肪測量是不可能的。
請求保護了癌組織檢測；但是，正常組織厚度測量是完全不同的任務，其需要另一測量方法。
在專利申請文件us2010/0274145a1中描述了使用uwb醫(yī)療傳感器的胎兒和/或母體監(jiān)測設備、系統(tǒng)及方法。該設備的主要應用是檢測生命信號。以下缺點限制了其對組織結構可視化的應用：
該裝置應被固定放置在感興趣的區(qū)域上并且在時域中重建生命信號。
接收器由基帶脈沖串的延遲版本觸發(fā)；深度信息分析需要在延遲范圍內連續(xù)掃描延遲值。需要對每個延遲值進行數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計過濾，從而該過程是耗時的。用于生理數(shù)據(jù)提取的方法需要uwb傳感器在皮膚表面上的固定位置。
由于身體器官深度掃描過程(測距模式)和uwb傳感器相對于表面的機械位移之間未提供同步，所以uwb傳感器的位移會中斷測量。因此，不支持沿身體器官表面掃描生理數(shù)據(jù)。在這種情況下，不能重建3d或2d中的組織結構圖像。
在uwb傳感器沿著人體表面連續(xù)移動期間，不可能測量生理參數(shù)。
幾種算法可用于從收集的數(shù)據(jù)中重建2d或3d圖像。在各種文獻中描述了許多重建算法，例如，jacke.bridges等人的美國專利no.6,061,589、lopez-sanchez，j.m、fortuny-guasch，1.的“3-dradarimagingusingrangemigrationtechniques”，issn0018-926x(ieeetransactionsonantennasandpropagation，vol.48，no.5，may2000)。這些算法使用其天線輻射圖案(pattern)、基于遠場區(qū)域中的天線特征，并且不適用于在組織層內感應的近場電磁波的分析。
技術實現(xiàn)要素：
[問題的解決方案]
根據(jù)示例實施例的一方面，電子設備包括：接收器，所述接收器被配置為接收從對象反射的信號；以及控制器，所述控制器被配置為基于所述信號和所述電子設備的多個位置生成與所述對象的至少一個組織層相對應的信息，其中在所述電子設備移動時確定所述多個位置。
所述對象可以包括身體，其中所述至少一個組織層可以包括肌肉、皮膚和脂肪中的至少一種，并且其中所述信息可以包括與所述至少一個組織層相關聯(lián)的厚度。
所述電子設備還可以包括：發(fā)送器，被配置為在所述電子設備沿所述對象的表面移動時將所述信號輻射到對象。
所述電子設備還可以包括：運動傳感器，被配置為在所述電子設備移動時確定所述多個位置。
所述電子設備還可以包括：顯示器，被配置為顯示表示所述信息的圖像。
所述電子設備還可以包括：通信器，被配置為將所述信息發(fā)送到另一電子設備。
所述電子設備還可以包括：至少一個天線，被配置為輻射信號并且檢測從對象反射的信號，并且所述至少一個天線可以包括柔性材料。
所述電子設備還可以包括：基準耦合器，被配置為生成用于與所述信號相關聯(lián)的信號延遲有關的校準的標記信號。
所述控制器還可以被配置為測量所述信號的幅度衰減和相位延遲。
所述信息可以基于所述信號的幅度衰減和相位延遲、以及與至少一個組織層的厚度相對應的信號衰減的估計而生成。
根據(jù)示例實施例的另一方面，一種用于操作電子設備的方法，包括：接收從對象反射的信號；以及基于所述信號和所述電子設備的多個位置生成與所述對象的至少一個組織層相對應的信息，其中在所述電子設備移動時確定所述多個位置。
所述對象可以包括身體，并且所述至少一個組織層可以包括肌肉、皮膚和脂肪中的至少一種，并且所述信息可以包括與所述至少一個組織層相關聯(lián)的厚度。
該方法還可以包括：當所述電子設備沿所述對象的表面移動時，將所述信號輻射到對象。
該方法還可以包括：在所述電子設備移動時確定所述多個位置。
該方法還可以包括：顯示表示所述信息的圖像。
該方法還可以包括將所述信息發(fā)送到另一電子設備。
所述信號可以通過至少一個天線來輻射和檢測，并且所述至少一個天線可以包括柔性材料。
該方法還可以包括：生成用于與所述信號相關聯(lián)的信號延遲有關的校準的標記信號。
該方法還可以包括：測量所述信號的幅度衰減和相位延遲。
所述信息可以基于所述信號的幅度衰減和相位延遲以及與所述至少一個組織層的厚度相對應的信號衰減的估計而生成。
本公開公開了微波組織層側貌確定及成像設備，其使得能夠用于身體組織層重建的二維(2d)或三維(3d)“部分”對象結構成像。本發(fā)明還公開了微波成像設備，其顯示內臟脂肪和皮下脂肪的區(qū)域，并且以直觀的形式提供檢查結果以便于理解。
超寬帶(uwb)醫(yī)療保健或醫(yī)療應用監(jiān)測設備能夠沿著表面進行非侵入性身體組織層厚度側貌測量，所述監(jiān)測設備包括包含微波超寬帶發(fā)送和接收天線的uwb微波傳感器。
本發(fā)明的一方面涉及一種用于確定身體組織層的側貌的超寬帶設備，該設備包括：用于在身體上的多個位置處獲得組織參數(shù)信息的超寬帶傳感器，所述超寬帶傳感器適于使用超寬帶傳感器的發(fā)送天線將微波信號發(fā)送到身體內，并且通過超寬帶傳感器的接收天線接收來自身體的反射微波信號；運動傳感器，用于在超寬帶傳感器沿身體表面移動期間檢測所述多個位置；以及控制器，用于基于超寬帶傳感器移動期間的所述多個位置處的超寬帶傳感器信號并且基于所述多個位置處的運動傳感器信號來生成沿身體表面的組織參數(shù)信息，并且用于基于所述組織參數(shù)信息確定身體組織層的側貌。
附加方面公開了所述運動傳感器能夠測量在超寬帶傳感器沿身體表面移動期間獲得的超寬帶傳感器的坐標；所述設備還被配置用于使用顯示器對所述組織參數(shù)信息或身體組織層的側貌進行成像；所述超寬帶傳感器還包括發(fā)送器塊、接收器塊；所述發(fā)送器塊意圖用于生成傳導到所述發(fā)送天線的連續(xù)波步進頻率或類噪聲的超寬帶頻譜信號；所述發(fā)送器塊意圖用于生成傳導到所述發(fā)送天線的脈沖或啁啾脈沖超寬帶頻譜信號；所述發(fā)送天線意圖用于將發(fā)送信號輻射到身體中；所述發(fā)送天線被配置為使邊界天線處到身體皮膚的反射最小化；所述接收天線意圖用于接收來自身體的反射信號；所述發(fā)送天線被配置為使邊界天線處到身體皮膚的反射最小化；所述超寬帶傳感器被放置在接近身體表面，但不一定與皮膚直接接觸；所述發(fā)送和接收天線適于通過對發(fā)送和反射信號的近場聚焦來定義空間分辨率；基準耦合器連接到所述發(fā)送天線和接收天線，并且意圖用于將標記信號發(fā)送到接收天線；所述標記信號意圖用于校準超寬帶傳感器內的微波信號延遲，并且將皮膚表面識別為“零”深度水平；所述基準耦合器形成為具有定義的介電屬性和厚度的材料；所述材料位于天線和身體表面之間；所述接收器塊旨在用于檢測接收信號相比發(fā)送信號的幅度衰減和相位延遲；所述控制器旨在用于在移動設備沿著身體表面移動期間同步發(fā)送器塊、接收器塊并且獲取反射信號數(shù)據(jù)的振幅衰減和相位延遲；所述運動傳感器意圖用于在超寬帶傳感器沿身體表面移動期間將超寬帶傳感器的位置坐標發(fā)送到所述控制器；所述控制器旨在用于使用反射信號的衰減和相位延遲以及在超寬帶傳感器沿身體表面移動期間的多個位置處測量的超寬帶傳感器的坐標來重建活體組織層側貌；所述控制器被配置用于使用傅立葉、逆濾波、倒譜或相關數(shù)據(jù)處理方法來執(zhí)行活體組織層側貌的重建；所述控制器旨在考慮到超寬帶傳感器的不均勻和不連續(xù)的運動而重建活體組織層側貌；所述控制器旨在實時調諧發(fā)送器塊和接收器塊的操作頻率范圍，從而配置活體組織層側貌確定的最大深度；發(fā)送天線和接收天線功能由單個天線執(zhí)行；發(fā)送天線和接收天線一起放置在單個配件中并且不能彼此相對移動；發(fā)送天線和接收天線使用諸如柔性印刷電路板(fpcb)、銦錫氧化物膜等柔性材料制造；所述發(fā)送天線和接收天線可相對于彼此柔性地移動；所述設備被配置用于在超寬帶傳感器沿著身體表面手動移動期間其表面對身體的適形適應；所述發(fā)送天線和接收天線被配置為彼此相對移動，從而提高了用于確定活體組織層側貌和層厚度測量的測量精度；所述顯示器被配置用于將測量結果指示為2d和/或3d圖像樣式的活體組織結構的橫截面和/或活體組織的厚度側貌圖；所述控制器旨在用于某一類的活體組織(如，脂肪組織、或皮膚組織、或肌肉組織、或它們的全部)的厚度測量；所述設備被嵌入到消費電子設備，如智能手機、平板計算機或任何其它可穿戴或移動設備；所述控制器被嵌入作為嵌入到消費電子設備中的數(shù)據(jù)處理塊的一部分；所述設備被實現(xiàn)為獨立設備。
本發(fā)明的另一方面涉及一種非接觸式確定身體組織層的側貌的方法，所述方法包括使用控制器將微波信號生成為超寬帶頻譜信號；使用超寬帶傳感器的發(fā)送天線將微波信號發(fā)送到身體中；通過超寬帶傳感器的接收天線接收來自身體的反射微波信號；沿著活體的表面移動超寬帶傳感器；確定所述超寬帶傳感器的多個位置；當所述超寬帶傳感器沿著身體表面移動時，使用所述控制器確定所述多個位置處的反射微波信號的幅度和相位頻率特性；使用關于超寬帶傳感器的多個位置的信息以及關于多個位置處的幅度和相位頻率特性的信息來確定身體組織層的側貌；其中在超寬帶傳感器在身體表面上連續(xù)移動期間的多個位置處執(zhí)行微波信號的發(fā)送和接收；并且通過來自超寬帶傳感器的移動期間的多個位置的累積測量來執(zhí)行身體組織層的側貌的確定。
附加方面公開了該方法還包括使用顯示器對所確定的身體組織層的側貌進行成像。
技術結果是感興趣區(qū)域的簡化定義，簡化了所選區(qū)域中身體參數(shù)確定，提高了所選區(qū)域中身體參數(shù)的測量速度，提高了獲取的數(shù)據(jù)分析速度。
指示出被研究的身體部位的以下數(shù)據(jù)：每個身體部位內各自的身體脂肪百分比、體脂分配、身體脂肪量。在2d或3d圖像中指示出脂肪量分配。
發(fā)明的技術結果通過使用能夠容易地沿著身體表面移動的超寬帶傳感器與用于檢測超寬帶傳感器的位置的運動傳感器相結合來實現(xiàn)。然后來自超寬帶傳感器和運動傳感器的數(shù)據(jù)用于確定身體組織層的側貌并且對組織參數(shù)進行成像。
附圖說明
圖1示出了根據(jù)示例實施例的電子設備的結構。
圖2a示出了根據(jù)示例實施例的以設備的組合的形式實現(xiàn)的電子設備的結構。
圖2b示出了根據(jù)示例實施例的以獨立形式實現(xiàn)的電子設備的結構。
圖3示出了根據(jù)示例實施例的電子設備的操作。
圖4示出了根據(jù)示例實施例的電子設備沿身體表面的移動。
圖5示出了根據(jù)示例實施例的身體組織的橫截面和測量過程期間的電子設備的移動。
圖6示出了根據(jù)示例實施例的用于三維(3d)圖像重建所需的電子設備沿身體表面的手動螺旋形或鋸齒形移動。
圖7a和圖7b示出了根據(jù)示例實施例的發(fā)送信號到身體中的輻射，該身體的橫截面在發(fā)送天線的中心處拍攝。
圖8示出了根據(jù)示例實施例的針對身體形狀的傳感器的適形適應(conformaladaptation)。
圖9示出了根據(jù)示例實施例的用于估計傳感器的最大測量深度的3d模擬模型。
圖10a至圖10c示出了根據(jù)示例實施例的對皮膚、脂肪和肌肉組織的微波信號衰減的估計。
圖11a示出了根據(jù)示例實施例的具有用于校準的基準耦合器的電子設備的結構。
圖11b示出了根據(jù)示例實施例的具有用于校準的校準材料的電子設備的結構。
圖12示出了用于身體組織層側貌提取的測量和數(shù)據(jù)分析過程。
圖13a和圖13b示出了根據(jù)示例實施例的可在測量之后呈現(xiàn)的身體組織層結構。
圖14a至圖14d示出了根據(jù)示例實施例的用于脂肪體分配的3d圖像重建的示例。
具體實施方式
提供了參考附圖的以下描述，以幫助全面理解本公開的示例實施例和由權利要求及其等同物限定的那些示例實施例。以下描述包括各種具體細節(jié)，以幫助理解，但這些將被認為僅僅是示例性的。因此，本領域普通技術人員將認識到，在不脫離本公開的范圍和精神的情況下，可以對本文所述的示例實施例進行各種改變和修改。此外，為了清楚和簡明，可以省略對公知功能和結構的描述。
以下說明書和權利要求書中使用的術語和詞語不限于書面含義，而僅用來使得能夠清楚和一致地理解本公開。因此，本領域技術人員應當顯而易見的是，本公開的示例實施例的以下描述僅提供用于說明性目的，而非限制本公開的各種示例實施例，包括由所附權利要求及其等同物限定的那些實施例。
應理解的是，除非上下文另有明確規(guī)定，單數(shù)形式“一”、“一個”和“該”包括復數(shù)引用。因此，例如，對“組件表面”的引用包括對一個或多個這種表面的引用。
通過術語“基本上”，意味著所描述的特征、參數(shù)或值不需要精確地實現(xiàn)，而是可以在不妨礙該特征意圖提供的效果的量上出現(xiàn)包括例如容差、測量誤差、測量精度限制和本領域技術人員已知的其它因素的偏差或變化。
本公開的示例實施例提供了一種用于在電子設備中分析對象的組織層的技術。各種示例實施例涉及微波傳感器領域，特別是涉及非接觸式uwb(超寬帶)身體組織傳感器，尤其是人體組織傳感器，以用于確定活體組織層的側貌(profile)和用于三維(3d)或二維(2d)醫(yī)學成像以對皮膚表面下的組織結構可視化并且限定組織層厚度(例如，脂肪等)。
在下文中，示出了用于指示信號的術語、用于指示要分析的對象的術語以及用于指示電子設備的組件的術語，以便于理解。因此，本公開不限于所提及的那些術語，而可以使用其它等同術語。例如，身體可以替代地稱為人體或活體。但是，各種示例實施例不限于人或生物。
示例實施例提供了一種用于在諸如智能電話或平板pc的消費者電子設備中確定身體組織層的側貌以及組織成像和脂肪監(jiān)測的處理；從而，實現(xiàn)醫(yī)療保健和醫(yī)療應用。盡管系統(tǒng)簡單，但由于超寬帶(uwb)信號的利用以及對小深度(約5-10cm)上的組織可視化的必要性，提供了高圖像分辨率。根據(jù)雷達理論，距離(和圖像)測量誤差與信號帶寬成反比：
示例實施例可以由具有集成傳感器的消費者設備實現(xiàn)，其允許通過從在uwb傳感器沿著身體的表面移動期間的一系列位置處理數(shù)據(jù)來測量組織層厚度。
圖1示出了根據(jù)示例實施例的示例電子設備的結構。諸如“～單元”和“～器/機”這樣的術語表示用于處理至少一個功能或操作的單元，并且可以使用硬件(例如，電路、處理器等)、軟件、或硬件和軟件的組合實現(xiàn)。
參考圖1，電子設備100包括信號收發(fā)器110、傳感器120、存儲器130和控制器140。
信號收發(fā)器110通過至少一個天線發(fā)送無線信號，并且通過該至少一個天線接收信號。信號收發(fā)器110可以使用信號天線來發(fā)送和接收信號，或者可以使用發(fā)送天線和接收天線。信號收發(fā)器110可以包括用于發(fā)送的第一模塊和用于接收的第二模塊。在示例實施例中，信號收發(fā)器110向對象(例如，身體)輻射待分析的信號，并且接收從該對象反射的信號。這里，信號由預定義的值配置，并且可以是uwb信號。
傳感器120測量用于確定在電子設備100的移動期間電子設備100的位置的數(shù)據(jù)。例如，傳感器120可以包括至少一個感測設備，諸如，加速度計、相機等?？梢愿鶕?jù)電子設備100的狀態(tài)來選擇性地激活傳感器120。激活的條件可以根據(jù)示例實施例而被不同地限定。在示例實施例中，當信號收發(fā)器110正操作時，傳感器120可被激活。在另一示例實施例中，當電子設備100正移動時，傳感器120可被激活。
存儲器130存儲用于操作終端的基本程序、應用程序和諸如設置信息的數(shù)據(jù)。存儲器130可以被配置為易失性存儲器、非易失性存儲器或其組合的形式。具體地，存儲器130可以存儲用于分析對象的組織層的指令、由傳感器120和信號收發(fā)器110估計的數(shù)據(jù)、分析的結果等。存儲器130根據(jù)控制器140的請求提供所存儲的數(shù)據(jù)。
控制器140控制電子設備的整體操作。例如，控制器140通過信號收發(fā)器110發(fā)送和接收信號?？刂破?40還控制傳感器120的估計操作。此外，控制器140在存儲器130中寫入和讀取數(shù)據(jù)?？刂破?40可被實現(xiàn)為至少一個處理器或至少一個微處理器，或者可以是任何處理器的一部分。具體地，控制器140根據(jù)下文描述的各種示例實施例來控制電子設備執(zhí)行用于分析組織層的操作?？刂破?40可以包括用于確定電子設備的位置的位置確定器142和用于分析由信號收發(fā)器110接收的反射信號的信號分析器144。
圖1中例示的電子設備100可以根據(jù)各種示例實施例分析身體的組織層。電子設備100可以被稱為“傳感器”或“uwb傳感器”。電子設備100可被實現(xiàn)為第一設備和第二設備的組合，該第一設備需要來自第二設備(即，智能電話、平板計算機等)的幫助以分析組織層。電子設備100可被實現(xiàn)為可獨立操作的設備。圖2a例示了關于以組合形式實現(xiàn)的電子設備100的示例實施例，并且圖2b例示了關于以單獨形式實現(xiàn)的電子設備100的另一示例實施例。
圖2a示出了根據(jù)示例實施例的以設備的組合的形式實現(xiàn)的電子設備的結構。圖2a示出了具有集成的uwb感測模塊220的設備210的結構和功能。即，圖2b示出了設備210-智能電話、平板計算機或包括感測模塊(傳感器)220的任何其它可穿戴或移動設備。在示例實施例中，感測模塊220嵌入到設備210中，并且利用設備210中所包含的數(shù)據(jù)處理和控制模塊。
參考圖2a，電子設備100包括設備210和感測模塊220。設備210包括中央處理單元(cpu)211、顯示器212、加速度計212和相機214。感測模塊220包括發(fā)送天線222、接收天線223、發(fā)送器塊224和接收器塊225。
根據(jù)示例實施例，以下模塊可以嵌入到設備210中：包含發(fā)送器塊224和接收器塊225的集成電路；與發(fā)送器塊224和接收器塊225連接的發(fā)送天線222和接收天線223。發(fā)送天線222和接收天線223可被設計為，例如，設備210的現(xiàn)有導電部件中的插槽和形狀。發(fā)送天線222可以直接連接到發(fā)送器塊224的輸出，并且接收天線223可以直接連接到接收器塊225的輸入。發(fā)送器塊224生成微波信號，該微波信號被導引(conduct)到發(fā)送天線222并且被發(fā)送到身體101中。從身體101反射的信號被接收天線223接收并且由接收器塊225檢測。接收器塊225意圖用于檢測接收的信號相比于發(fā)送的信號的幅度衰減和相位延遲。
設備210的cpu221用于身體組織側貌重建。發(fā)送器塊224和接收器塊225的操作可以由cpu221同步。cpu221可以針對身體101組織的所需測量深度、功率模式和其它測量參數(shù)而自動地預設發(fā)送器塊224和接收器塊225。cpu221從接收器塊225接收反射信號的參數(shù)，并且計算身體101組織的結構。cpu221與發(fā)送器塊224和接收器塊225之間的連接的各種實現(xiàn)方案可由cpu221架構、片上系統(tǒng)實現(xiàn)方案和外圍接口來定義。
設備210包括加速度計213和相機214，其連接到cpu221并且意圖用于測量相對位移。加速度計213和相機214一起用于允許最佳結果的等距深度測量。在一些示例實施例中，加速度計213或相機214可以單獨使用或一起用于測量相對位移。在這些示例實施例中，加速度計213具有運動控制塊的功能，其將在下面更詳細地公開。來自相機214的圖像數(shù)據(jù)被發(fā)送到設備210的cpu221，使用圖像處理算法提取關于相對位置變化的信息。在測量期間，設備210通過分析來自加速度計213和相機214的信息來自動檢測其相對于身體101表面的移動。將位置數(shù)據(jù)從加速度計213和相機214發(fā)送到cpu221以與相應的設備210在身體上的位置進行捆綁測量。cpu221旨在使用反射信號的衰減和相位延遲、以及在設備210沿身體101的表面移動期間的多個位置處測量的設備210的坐標來重建活體組織層側貌。
在設備210的顯示器212上指示出測量結果。顯示器212連接到cpu221并且意圖用于表示測量結果。作為數(shù)據(jù)處理的結果，cpu221正在顯示器212上指示：身體組織厚度側貌的橫截面(2d或3d)、關于在身體101上的相應位置的信息；脂肪層厚度側貌和關于身體101的組織的其它參數(shù)。
圖2b示出了根據(jù)示例實施例的以獨立形式實現(xiàn)的示例電子設備的結構。圖2b示出了作為單獨設備的uwb傳感器的結構和功能、以及uwb傳感器在皮膚表面上的位置。
參考圖2b，電子設備100包括發(fā)送天線222、接收天線223、發(fā)送器塊224、接收器塊225、運動控制塊(mcb)256、控制塊257、數(shù)據(jù)處理塊(dpb)258和顯示器212。
發(fā)送天線222和接收天線223與發(fā)送器塊224和接收器塊225連接。發(fā)送器塊224和接收器塊225的操作可由控制塊257同步。控制塊257可以針對身體101組織的所需測量深度、功率模式和其它測量參數(shù)而自動地預設發(fā)送器塊224和接收器塊225?？刂茐K257從接收器塊225接收反射信號的參數(shù)并且將其發(fā)送到dpb258以計算身體101的組織的結構。
可以手動地將電子設備100沿身體101表面移動。在測量期間，電子設備100使用mcb256自動地檢測電子設備100相對于身體101表面的移動。mcb256能夠測量在電子設備100沿身體表面移動期間獲得的超寬帶傳感器的坐標。mcb256與dpb258連接；mcb256向dpb258發(fā)送數(shù)據(jù)以與相應的電子設備100在身體上的位置進行捆綁測量。
dpb258旨在用于使用反射信號的衰減和相位延時、以及在電子設備100沿身體101表面移動期間的多個位置處測量的移動設備的坐標來重建活體組織層側貌。此外，dpb258可以計算身體101組織的脂肪層厚度側貌和其它參數(shù)。
顯示器212可以連接到dpb258，并且可以意圖用于表示測量結果。作為數(shù)據(jù)處理的結果，dpb258可以向顯示器212發(fā)送包含有關于身體101上的相應位置的信息的身體組織厚度側貌的橫截面(2d或3d)。
在如圖2a和圖2b所示的示例實施例中，電子設備100可以包括顯示器(即，顯示器212)，以表示對組織層的分析結果。但是，在另一示例實施例中，在電子設備100中未包含顯示器。在這種情況下，為了向用戶提供對組織層的分析結果，電子設備100可以將分析的結果或關于分析結果的信息發(fā)送到能夠表示分析結果的外部設備。相應地，電子設備100可以包括用于向外部設備發(fā)送信號的通信器。這里，關于分析結果的信息可以是數(shù)據(jù)或圖像的形式。
根據(jù)各種示例實施例，在電子設備100沿身體101的表面移動時，電子設備100分析組織層。在移動期間，從發(fā)送天線222朝向身體101輻射信號，并且在接收天線223處檢測來自身體101的反射信號。也就是說，可沿表面移動的部件是發(fā)送天線222和接收天線223。因此，在一些示例實施例中，在電子設備100的結構中，僅一些組件(包括發(fā)送天線222和接收天線223)可以以可移動的形式實現(xiàn)。
圖3示出了根據(jù)示例實施例的電子設備的操作。圖3例示了用于操作電子設備100的方法。
參考圖3，在步驟301，電子設備100接收被發(fā)送到對象并從該對象反射的信號。也就是說，電子設備100將測量信號發(fā)送到對象，并且接收從該對象返回的反射信號。在電子設備100移動時重復執(zhí)行對反射信號的接收。這里，例如，測量信號可以是uwb信號。此外，測量信號的頻帶可以在工業(yè)科學和醫(yī)療(ism)頻帶中。
在步驟303中，電子設備100基于反射信號生成關于該對象的組織層的信息。關于組織層的信息可以表示組織(即，肌肉、皮膚和脂肪)的厚度。此時，可以一起使用電子設備100的移動期間的位置信息，以生成關于組織層的信息。也就是說，電子設備100基于反射信號和在電子設備100移動時所估計的位置信息，來生成關于該對象的組織層的信息。
根據(jù)各種示例實施例，可以執(zhí)行對各種身體部位的非接觸測量。在本公開的示例實施例中，電子設備100必須放置在身體101的前方?？梢詸z查具有任何尺寸和形狀的所有身體部位(即，腹部、腿部、手部、頸部)。
活體組織具有高對比度的介電常數(shù)值。例如，脂肪組織常數(shù)可以是～4.7，而肌肉組織常數(shù)可以是～45。這種大約10倍的差異可以導致來自組織之間邊界的高反射系數(shù)?；谠撐锢憩F(xiàn)象，本公開公開了用于測量身體的脂肪層和其它層(皮膚、肌肉)之間的邊界的各種示例實施例。因此，在保持電子設備100的低的發(fā)射功率并且保持發(fā)送天線222和接收天線223的小的尺寸的同時獲得良好質量的活體組織層側貌。
測量可以通過非接觸式方法進行。發(fā)送天線222和接收天線223可以緊湊地放置。但是，不必要與身體101表面的皮膚具有電接觸。即，不需要與身體101皮膚直接接觸。在測量期間，可以在身體101表面與天線102和103之間放置任意類型的輕薄衣物，例如t恤衫。在本公開的示例實施例中，可以沿身體101表面手動地移動電子設備100。
下面描述測量過程的示例。圖4示出了電子設備100沿身體表面的移動的示例。在示例實施例中，如圖4所示，電子設備100在沿路徑405移動的同時執(zhí)行一系列測量。相應地，電子設備100能夠通過移動來形成虛擬天線。因此，使用在多個位置處得到的測量結果以及這些位置的相對坐標，來計算身體101組織的結構。該移動和測量方法實現(xiàn)了這樣的精度，就好像電子設備100具有足夠大尺寸的發(fā)送102和接收103陣列天線以同時覆蓋電子設備100沿該路徑移動的所有位置。也就是說，電子設備100使用該移動來形成虛擬天線。因此，各種示例實施例實現(xiàn)身體組織成像的顯著分辨率提升而無需增加電子設備100的尺寸。
本公開的示例實施例利用mcb256在掃描身體組織層厚度側貌期間定位每次測量時的位置。來自電子設備100的幾個不同位置的測量結果被用于對身體101組織的成像。
在圖5上示出使用身體101的橫截面的測量過程。圖5示出了在測量過程期間身體組織的橫截面和電子設備的移動。參考圖5，電子設備100沿著身體皮膚表面502移動。作為示例，身體101包括皮膚層502、脂肪層503和肌肉層504。手動地將電子設備100沿皮膚502表面在方向505上移動，并且在多個位置506處進行一系列測量。對于每個位置506處的每個測量，電子設備100可以發(fā)出發(fā)送信號并且接收反射信號。由mcb256連續(xù)地檢測電子設備100的移動，并且位置信息與每個測量相關。在移動505完成之后，由dpb258收集所有測量數(shù)據(jù)。通過dpb258對電子設備100的多個位置的接收信號的處理參數(shù)，可以實現(xiàn)圖像分辨率提升。
在必須重建3d圖像的情況下，電子設備100可以在身體101表面上在圖6所示的螺旋形或鋸齒形路徑607中移動。圖6示出了電子設備沿身體表面的手動的螺旋或鋸齒形移動的示例，其可能是3d圖像重建所需要的。在這種情況下，電子設備100覆蓋身體101表面上的區(qū)域并且收集足夠的數(shù)據(jù)以重建身體組織的3d圖像。此外，在這種情況下，mcb256跟蹤沿表面的移動并且保存多個位置的坐標。以下描述用于2d和3d重建的數(shù)據(jù)處理。
下面描述uwb傳感器(即，電子設備100)的技術性示例實施例。
在本公開的各種示例實施例中，電子設備100可以使用不同類型的微波信號作為超寬帶頻譜信號，例如：
-uwb脈沖無線電信號：脈沖無線電與具有非常短的持續(xù)時間的基帶脈沖通信，其通常在納秒量級，從而非常薄地(thinly)傳播無線電信號的能量。
-啁啾(chirp)脈沖uwb信號：啁啾可以是其頻率隨時間增加或減少的正弦信號。
-步進頻率uwb信號：當信號頻率可以以幾個固定頻率步長改變時的啁啾脈沖的變體。
-類噪聲uwb信號：可由確定性系統(tǒng)生成但不具有周期性結構并且看起來像白噪聲的uwb信號。
-最大長度二進制序列uwb信號：使用最大線性反饋移位寄存器生成的偽隨機二進制序列的類型，其可以是長隨機二進制元素集的無限重復序列。
如本領域技術人員清楚的，取決于要使用的微波信號類型，必須實現(xiàn)適當?shù)男盘柊l(fā)送和接收技術。發(fā)送器塊224和接收器塊225被配置為用于使用相應的超寬帶頻譜信號。身體組織成像的分辨率可以與要使用的信號的帶寬成比例。因此，在本公開的示例實施例中，可以使用uwb信號。
例如，考慮在頻帶上使用連續(xù)波步進頻率調制來產(chǎn)生uwb微波頻譜。可以使用傅立葉逆變換從頻譜計算時域中的接收信號。盡管該方法可以提供身體組織成像的增強型分辨率，但是靈敏度可能受到電子設備100以相同頻率連續(xù)地發(fā)送和接收的這一事實的限制。從發(fā)送器塊224到接收器塊225的寄生耦合信號可能減小接收器塊225的動態(tài)范圍。因此，身體101組織的最大成像深度受到發(fā)送天線222和接收天線223的去耦的限制。
在本公開的示例實施例中，發(fā)送天線222和接收天線223通過在身體101組織的成像區(qū)域內的發(fā)送信號和反射信號的近場聚焦來配置空間分辨率。在圖7a和圖7b中示出了發(fā)送信號到身體101中的輻射。圖7a和圖7b示出了發(fā)送信號到身體101中的輻射的示例，其中在發(fā)送天線的中心處拍攝身體的橫截面。
在圖7a和圖7b中，可以在發(fā)送天線222的中心處拍攝身體101的橫截面?？諝?01中的電場的強度可以低于身體101中的電場的強度；發(fā)送信號的輻射710可以指向身體組織的內部層。因此，可以減少寄生背面和側面反射。
在本公開的一些示例實施例中，發(fā)送天線222和接收天線223使用諸如柔性印刷電路板(fpcb)、銦錫氧化物膜等柔性材料制造。在該示例實施例中，發(fā)送天線222和接收天線223可以相對于彼此柔性地移動。因此，如圖8所示，電子設備100可以支持對于身體的適形適應(conformaladaption)。
圖8示出了傳感器針對身體形狀的適形適應的示例。參考圖8，電子設備100的發(fā)送天線222和接收天線223沿身體101的表面柔性地移動。因此，電子設備100可以朝向關于身體101的適當方向發(fā)送和接收信號。因此，可以接收和歸檔或存儲對區(qū)域801和802的有效分析。
由柔性材料制成的天線可以圍繞身體彎曲，以在移動期間在天線和皮膚(或在一些實施例中，衣物)表面之間提供穩(wěn)定的間隙厚度。在間隙厚度穩(wěn)定的情況下，身體皮膚和衣物的寄生反射也可以是穩(wěn)定的并且容易去除。
在各種示例實施例中，在電子設備100沿身體101表面的手動移動期間，發(fā)送天線222和接收天線223可以符合身體形狀。這使得能夠對身體的每個部位(即，腹部、腿部、手部、頸部)的身體組織層502、503和504進行測量，而不管每個部位的尺寸和曲率如何。柔性和剛性天線二者均可用于穿布(through-cloth)測量，而無需與皮膚電接觸。此外，適形柔性天線消除了在天線和身體之間可變厚度的充氣間隙的發(fā)生，從而使邊界天線處對身體皮膚的反射變化最小化(使其穩(wěn)定且更簡單的移除)。相機可以被用于與普通pc鼠標跟蹤方法類似的位置確定。因此，通過發(fā)送天線222相對于接收天線223的移動，提高了活體組織層側貌和層厚度測量的圖像重建的準確度。這種方法提供了在所研究的組織的介電屬性未定義的情況下的圖像重建。該情況下的介電屬性可以通過常用的數(shù)據(jù)處理方法來定義。
對于本領域技術人員清楚的是，脂肪和肌肉組織的高介電常數(shù)將身體組織中的波長降低了3-7倍。因此，可以使用小型發(fā)送天線222和接收天線223有效地實現(xiàn)近場聚焦。
在本公開的其它示例實施例中，發(fā)送天線222和接收天線223可以一起放置在單個配件中。因此，可以實現(xiàn)電子設備100的最大緊湊性。此實現(xiàn)方案旨在用于微型設備。
可以按以下所描述來估計精度。
電子設備100的精度可以被定義為深度(或垂直)精度和水平精度。深度精度可以定義為可以分辨(resolve)的層厚度變化。該精度可以與由發(fā)送器塊224生成的發(fā)送信號的中心頻率處的波長成比例。如果層厚度變化大約為ad＝λ0/3...λ0/2(其中，λ0是身體組織502至504中的波長)，則可以確信地分辨出層厚度變化。這里，
水平精度可以取決于波長λ0、身體組織層502-504的深度、以及發(fā)送天線222和接收天線223的輻射圖案(pattern)?；铙w組織層側貌提取的水平精度與ah～λ0成比例。因此，如果f＝8ghz、ε'＝40，則ah＝0.0059m。該精度足以對表面下(sub-surface)水平層的結構進行成像。
下面描述針對使用uwb傳感器(即，電子設備100)測量身體組織的用戶場景的示例。根據(jù)示例實施例，用于表面下身體組織層厚度側貌的測量過程可以是：
1)用戶手動拿取設備100，并且按下屏幕上的按鈕“開始”按鈕。在用戶已按下“開始”按鈕之后，設備100可以等待設備100放置在身體上。
2)用戶手動將電子設備100放置在接近被檢查的身體表面，并且保持緊密接觸的情況下將設備100沿身體移動。
3)在緊密移動期間，電子設備100使用mcb258跟蹤其位置和行進距離。
4)當電子設備100識別到“完成”時間時，設備100使用cpu211或dpb258處理數(shù)據(jù)，以找到脂肪組織厚度側貌的最終結果。之后，電子設備100在顯示器212上指示獲得的結果。
5)用戶可以將電子設備100移動離開身體101并且觀察在電子設備100的顯示器212上的脂肪厚度側貌結果。可以以與身體上的位置(包括總行進距離)有關的脂肪厚度側貌的圖形的形式描繪出結果。
電子設備100區(qū)分其在身體表面上的放置并且區(qū)分用戶將其從身體表面移除的時刻或時間。從身體表面移除的時間可被識別為測量完成。例如，當將天線被放置在身體101上時，經(jīng)由天線阻抗變化來實現(xiàn)對放置的感測。
如果用戶進行2d成像或3d成像，則用戶可以以不同的路徑(如圖4的405所示的直線或如圖6的607所示的鋸齒形)移動電子設備100。由于電子設備100的mcb258可以在2個軸中檢測身體上的位移，因此所有這些路徑都可以由電子設備100的mcb258進行區(qū)分。
下面描述電子設備100的最大測量深度的示例。
圖9示出了用于估計傳感器的最大測量深度的3d模擬模型的示例。圖9示例了被設計用于根據(jù)身體組織類型和厚度估計微波信號衰減的3d模擬模型。兩個天線902和903被放置在身體模體(phantom)901的相對側。身體模體901的厚度是可變的。要在3d模擬模型中使用的天線是具有中心反饋點的蝴蝶結型。天線尺寸為10×10×2.5mm。在天線背側處放置金屬接地屏蔽，以減少后向輻射。天線的內部空間填充有用于天線與身體組織的阻抗匹配的電介質。介電常數(shù)ε＝4被用于所有模擬。此外，將薄的0.25mm聚酯材料放置在天線和組織表面之間，以模擬穿過薄衣服成像的用例。
圖10a至圖10c示出了對于皮膚、脂肪和肌肉組織的微波信號衰減的估計的示例。圖10a示出了在8ghz頻率處的皮膚1005的微波信號衰減的示例估計，圖10b示出了在8ghz頻率處的脂肪1004的微波信號衰減的示例估計，以及圖10c示出了在8ghz頻率處的肌肉1006的微波信號衰減的示例估計。參考圖10a至圖10c，可以基于每個組織的特性來估計由電子設備100進行身體成像的最大深度。例如，發(fā)送器塊224的輸出峰值功率ptx＝0dbm，發(fā)送天線222和接收天線223增益gtx＝grx＝2dbi，接收器塊225靈敏度srx＝-60dbm。在這種情況下，組織中的最大衰減ach可以估計為：
ach＝ptx+gtx+grx-srx(1)
在等式1中，ach表示最大衰減，ptx表示發(fā)送峰值功率，gtx表示發(fā)送天線的增益，grx表示發(fā)送天線的增益。
在考慮的例子中，ach＝64db。使用圖10a至圖10c的結果，8ghz頻率處的最大掃描深度可被估計為d皮膚>7mm、d脂肪≈57mm、d肌肉≈13mm。
為了提高組織層的分析精度，可以執(zhí)行電子設備100的發(fā)送器塊224和接收器塊225的校準?？梢园慈缦旅枋鰣?zhí)行層組織厚度測量的校準。
在本公開的一些示例實施例中，電子設備100可以包括如圖11a所示的基準耦合器1101。圖11a示出了具有用于校準的基準耦合器的電子設備的示例結構。可以包括基準耦合器1101，以用于校準來自皮膚表面的“零”深度水平的信號響應。基準耦合器1101的輸入連接到發(fā)送天線222，輸出連接到接收天線223?；鶞蜀詈掀?101用于使用衰減的發(fā)送信號在接收天線223的輸出上形成標記信號。所述標記信號被添加到接收信號并且由接收器塊225檢測。所述標記信號用于校準電子設備100內的微波信號延遲。
在本公開的一些示例實施例中，使用放置在天線222和223與身體101之間的間隙內的校準材料1102來執(zhí)行系統(tǒng)響應的校準，如圖11b所示。圖11b示出了具有用于校準的校準材料的電子設備的結構。可以包括校準材料1102，以用于校準來自皮膚表面的“零”深度水平的信號響應。校準材料1102可以是類似fr-4的均勻電介質的平板。來自校準材料1102的信號反射由校準材料1102的已知物理屬性預先定義。
在本公開的一些示例實施例中，標記信號被檢測為具有最小延遲時間的大致恒定的波信號。從身體接收的實際信號是通過從測量的接收信號中減去檢測到的標記信號來定義的。
使用基準耦合器1101或校準材料1102，將發(fā)送天線222和接收天線223與皮膚表面之間的邊界識別為“零”深度水平。基準耦合器1101或校準材料1102允許找到來自皮膚表面的反射信號響應的位置。因此，可以在活體組織反射成像期間自動進行校準過程。該校準也用于寄生反射信號移除。
圖12中示出了用于移動醫(yī)療保健應用、使用超寬帶傳感器的活體組織層側貌的非接觸提取示例方法。圖12示出了用于身體組織層側貌提取的測量和數(shù)據(jù)分析過程。本公開的示例實施例可以實現(xiàn)如圖5所示的測量和數(shù)據(jù)分析過程。
參考圖12的示例方法，通過將電子設備100放置在身體的一部分上并且沿著身體表面手動移動電子設備100來執(zhí)行測量(步驟1201)。在電子設備100沿著身體表面移動期間，至少如下地在兩個位置處進行測量：發(fā)送器塊224生成作為超寬帶頻譜信號的微波信號；發(fā)送天線222將微波信號輻射到身體101中；接收天線223接收來自身體的反射信號；接收器塊225檢測反射信號的幅度和相位頻率特性；控制塊257從接收器塊225接收關于反射信號的幅度衰減和相位延遲的數(shù)據(jù)。
mcb256測量電子設備100在身體101表面上的位置的坐標。反射信號參數(shù)和相應移動設備位置的坐標被發(fā)送到dpb258(步驟1203)。測量該坐標以便確保所有測量在沿著身體的等距離的間隔處進行。在實際的設備中，這些坐標可以是，例如，在身體表面上的相對于開始位置以cm為單位的位移，或者相對于起始點以cm為單位的x和y位移。mcb256例如通過將來自嵌入式3軸加速度計(從x、y、z數(shù)據(jù)的積分的平方和中求平方根作為偏移)或任何其它里程表傳感器的數(shù)據(jù)整合，來測量沿表面的短時間移位(在～m時間間隔內)。之后，mcb匯總了所有短時間移位，以從起始位置定義所述位移。知道進行每次測量的實際坐標的dpb258可以選擇等距離測量以提供正確的圖像重建。即使用戶將設備沿著身體不均勻地或以可變速度移動，也可以使用該技術執(zhí)行成功的圖像重建。
對于每個測量，來自基準耦合器1101的標記信號被dpb258識別為來自皮膚表面的反射信號響應，具體地，“零”深度水平。這提供了在活體組織成像期間的自動實時校準(步驟1205)。之后，電子設備100執(zhí)行步驟1201和步驟1207。
dpb258處理在移動設備沿身體表面移動期間的多個位置處測量的反射信號的衰減和相位延遲以及移動設備的坐標。通過從許多位置的累積測量，形成身體組織層的圖像。在該步驟中，考慮到移動設備移動的不均勻性和不連續(xù)性，執(zhí)行信號平均(步驟1207)。
數(shù)據(jù)處理塊使用孔徑合成、傅立葉變換、反相濾波、倒譜或相關數(shù)據(jù)處理方法執(zhí)行活體組織層側貌和層厚度測量的圖像重建(步驟1209)。
在測量的最后步驟中，顯示器212指示包括關于身體上相應位置的信息的身體組織厚度側貌的橫截面(2d或3d)。
可以按下述執(zhí)行用于重建身體組織的數(shù)據(jù)處理技術的示例實施例。由uwb傳感器(即，電子設備100)進行的數(shù)據(jù)處理可以分為幾個步驟：
1.在身體上的特定位置處測量的所有數(shù)據(jù)集可被首先轉換到時域。例如，如果在頻域中測量數(shù)據(jù)集，則首先可以應用傅里葉變換來獲得時域數(shù)據(jù)集。
2.找到和移除最接近零深度水平的寄生信號。這些不是從內部身體組織反射的信號，而是在空氣中、在皮膚中等直接在發(fā)送和接收天線之間傳遞的信號。移除寄生信號后，可以獲得僅包含從深部組織邊界反射的脈沖的數(shù)據(jù)集。
3.可以處理數(shù)據(jù)集以在每個數(shù)據(jù)集中找到峰值反射數(shù)據(jù)。額外的平滑(smoothing)可以應用于峰值反射數(shù)據(jù)。
4.使用孔徑合成、傅里葉變換、反相濾波、倒譜或相關數(shù)據(jù)處理方法執(zhí)行活體組織層側貌的圖像重建。
5.通過檢測組織邊界(至少一個)的深度執(zhí)行層厚度測量，并且將其展示給用戶。
在用戶將電子設備100沿著皮膚表面移動之后，電子設備100可以描繪2d的分層組織結構。電子設備100所指示的測量結果的示例可以在圖13a和圖13b中示出。圖13a和圖13b示出了可以在測量之后呈現(xiàn)的示例身體組織層結構。示例實施例可以以近乎剖視圖或類似于不同組織厚度的側貌圖描繪身體組織的具體結構。
在本公開的示例實施例中，3d重建被實現(xiàn)為針對各種橫截面拍攝的多個2d圖像的疊加。2d數(shù)據(jù)處理可以應用在正交維度中，例如，沿身體的水平和垂直維度。用于3d重建的數(shù)據(jù)處理需要在身體101表面處測量的多個數(shù)據(jù)集，測量位置之間具有10mm的平均距離。用于脂肪體分配的3d圖像重建的示例在圖14a-圖14d中示出。圖14a-圖14d示出了用于脂肪體分配的3d圖像重建的示例。
為了達到最佳精度，在身體皮膚表面的已知位置處提供測量可能是重要的。關于身體位置的信息對于表示與身體皮膚表面上的傳感器的實際位置有關的最終處理的數(shù)據(jù)集(峰值反射數(shù)據(jù))也是重要的。
描述了用于身體的組織層的分析方案的家庭護理和醫(yī)療應用。分析方案可以通過對身體101內的身體器官成像而應用于醫(yī)療診斷應用?？梢詧?zhí)行身體器官的動態(tài)組織重建和身體器官功能的分析。為了重建圖像，包含uwb傳感器的電子設備100可以沿身體器官的許多位置處進行一系列測量。該測量的持續(xù)時間可以比器官移動的平均時段長。
針對器官移動的非接觸式測量技術可能具有以下優(yōu)點：無創(chuàng)方法、感染安全(infection-safe)和舒適。它可以適用于家庭護理連續(xù)監(jiān)測，以指示用戶的健康和恢復狀況。
在一些示例實施例中，傳感器針對心肺感測單獨地識別心臟的每個部分的移動模式：心臟強度、血管年齡、動脈硬度和其它心血管參數(shù)。
在另一示例實施例中，進行收縮狀態(tài)的腸運動監(jiān)測，以監(jiān)測腸道狀況和紊亂，諸如復發(fā)性阻塞、痙攣和腸麻痹。本公開的示例實施例提供對生理信息(諸如腹部膨脹和復發(fā)性阻塞)的非侵入性監(jiān)測。這使得能夠家庭護理健康監(jiān)測和初步診斷。
uwb傳感器的另一有用特征是組織差異化的可能性。uwb傳感器可以基于測量的介電常數(shù)來區(qū)分組織。如果uwb傳感器的天線可以在測量過程中相對彼此移動，則uwb傳感器可以檢測組織參數(shù)。在一些示例實施例中，傳感器可以具有單個發(fā)送天線和放置在例如一行中的一系列可電切換的接收天線。uwb傳感器可以從不同對的發(fā)送和接收天線之間的不同信號傳播時間檢測組織介電常數(shù)?？汕袚Q的方法提供用于多個天線的單個rf模塊，并且簡化和降低傳感器的成本。此外，由于避免了用戶的手動移動傳感器的需要，所以這種方法可以提供更快的測量和更好的精度。
以下描述示例工業(yè)適用性。前述示例實施例可以在人體組織成像傳感器的消費者電子系統(tǒng)中找到應用；具體地，它可以對幾厘米深度提供組織厚度測量和組織2d/3d結構視圖。所要求保護的技術方案尤其適用于醫(yī)療保健和健身消費者設備的領域。
可以考慮如下所述的示例產(chǎn)品應用。
1.健身課程中身體組分的精確跟蹤：
-在諸如胸部、腹部區(qū)域、大腿、下背、二頭肌、脖子等身體部位的體脂分配。定義人體脂肪分配對其健康狀況的意義，以及怎樣的健身策略將給出最佳結果。
-每個身體部位的組織厚度側貌、脂肪體。
-優(yōu)化健身計劃，從而以最佳方式改善人體組分。
-個性化目標定義和進度跟蹤。
-肥胖監(jiān)測，用于預防與生活方式有關的疾?。禾悄虿?、高血壓、高脂血癥。
2.重建身體器官及其功能，生理參數(shù)測量：
-用于腫瘤檢測的頭部成像系統(tǒng)
-用于乳腺癌的早期檢測的胸部成像系統(tǒng)
-腸運動監(jiān)測，
-心肺感測：心臟強度、血管年齡、動脈硬度，
-分析內臟器官：肝、腎等。
本公開的示例實施例可以通過顯示內臟脂肪和皮下脂肪的區(qū)域來提供成像能力。檢查結果細節(jié)可以直觀地顯示出來以便于理解?？梢酝ㄟ^傳感器直接測量皮下脂肪，并且可以基于從總體脂肪量減去皮下脂肪量來估計內臟脂肪?？傮w脂肪量可以通過基于體重和身高的常規(guī)方法來測量。在這種情況下，內臟脂肪測量精度將受到普通方法精度的限制。
在保持uwb傳感器的低的發(fā)射功率和小尺寸天線的同時，獲得活體組織層側貌的最佳成像質量。所實現(xiàn)的組織厚度分辨率精度為2mm。
進度圖被存儲并且旨在用于個性化健康簡檔內的每個身體部位。將該信息與指示人的總體健康狀況的參考數(shù)據(jù)進行比較。
在本公開的示例實施例中，用于指示的顯示器被實現(xiàn)為諸如智能電話或平板計算機的移動電子設備的屏幕。
在本公開的一些示例實施例中，獲取的健康簡檔數(shù)據(jù)被發(fā)送給個人醫(yī)生、醫(yī)師或教練。
根據(jù)權利要求書和本說明書中的描述的本發(fā)明的實施例可以以硬件、軟件或硬件和軟件的組合的形式實現(xiàn)。
這樣的軟件可以存儲在計算機可讀存儲介質中。計算機可讀存儲介質存儲一個或多個程序(軟件模塊)，所述一個或多個程序包括指令，當由電子設備中的一個或多個處理器運行該指令時，使得電子設備執(zhí)行本發(fā)明的方法。
這樣的軟件可以以易失性或非易失性存儲器的形式存儲，諸如，例如，如只讀存儲器(rom)的存儲設備，或以存儲器的形式存儲，例如，隨機存取存儲器(ram)，存儲器芯片、器件或集成電路，或存儲在光學或磁性可讀介質上，諸如，例如，光盤(cd)、數(shù)字視頻盤(dvd)、磁盤或磁帶等。將理解，存儲設備和存儲介質是適于存儲包括指令的一個或多個程序的機器可讀存儲器的實施例，當所述指令被運行時實現(xiàn)本發(fā)明的實施例。實施例提供了包括用于實現(xiàn)如本說明書的權利要求中任一項所述的裝置或方法的代碼的程序和存儲該程序的機器可讀存儲器。此外，這樣的程序可以經(jīng)由諸如在有線或無線連接上承載的通信信號的任何介質電子式地傳遞，并且實施例適當?shù)匕@樣的程序。
盡管已描述了某些示例性實施例，但是本領域技術人員將理解，在不脫離由所附權利要求及其等同物限定的精神和范圍的情況下，可以對其進行形式和細節(jié)上的各種改變。
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