一种用于伤口实时监测的电子皮肤.pdf

《一种用于伤口实时监测的电子皮肤.pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《一种用于伤口实时监测的电子皮肤.pdf（9页完整版）》请在专利查询网上搜索。

1、(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利 (10)授权公告号 (45)授权公告日 (21)申请号 201610172862.1 (22)申请日 2016.03.24 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 105852806 A (43)申请公布日 2016.08.17 (73)专利权人 浙江大学 地址 310027 浙江省杭州市西湖区浙大路 38号 (72)发明人 李石坚 马列 董树荣 郭维 焦文均 高长有 吴朝晖 (74)专利代理机构 杭州天勤知识产权代理有限 公司 33224 代理人 胡红娟 (51)Int.Cl. A61B 5/00(2006.01) A61B。

2、 5/01(2006.01) A61B 5/053(2006.01) A61B 5/0402(2006.01) A61B 5/1455(2006.01) A61N 1/36(2006.01) A61M 37/00(2006.01) A61N 5/06(2006.01) A61F 7/00(2006.01) (56)对比文件 CN 104523285 A,2015.04.22, CN 105326495 A,2016.02.17, CN 204971866 U,2016.01.20, CN 102481112 A,2012.05.30, US 2009234305 A1,2009.09.17, 。

3、WO 2008017927 A2,2008.02.14, Sara Ud-Din等.Angiogenesis Is Induced and Wound Size Is Reduced by Electrical Stimulation in an Acute Wound Healing Model in Human Skin. PLOS ONE .2015, 审查员 朱晓旻 (54)发明名称 一种用于伤口实时监测的电子皮肤 (57)摘要 本发明公开了一种用于伤口实时监测的电 子皮肤， 该电子皮肤在生物兼容的柔性材料(聚 二甲基硅氧烷、 柔性聚酰亚胺、 胶原-壳聚糖/硅 橡胶)上布设各类传感器，。

4、 实时采集伤口丰富的 理化信息， 并利用蓝牙低功耗技术实现数据向软 件服务系统的实时传送。 本发明软件系统实时地 获取伤口理化信息， 并对信息进行实时分析， 获 取伤口当前的状态， 根据需要向电子皮肤发出指 令， 并利用伤口温度调节器对伤口按预设方案进 行调理， 促进伤口愈合。 本发明电子皮肤软硬件 系统协同工作， 实现了对伤口的实时监测并按需 调理。 权利要求书2页 说明书5页 附图1页 CN 105852806 B 2018.07.31 CN 105852806 B 1.一种用于伤口实时监测的电子皮肤， 包括硬件系统和软件系统； 其特征在于： 所述的硬件系统包括主控单元、 传感单元和执行单。

5、元； 传感单元和执行单元通过PDMS 贴合在伤口位置， 主控单元则制作于柔性PI基底上且通过可延展导线与传感单元和执行单 元连接； 其中： 所述的传感单元用于采集伤口处关于温度、 湿度、 肿胀拉应力、 皮肤阻抗、 ECG和血氧变 化的传感数据； 所述的执行单元用于对伤口进行电刺激以加速血管生长， 或通过加热融化脂肪包裹的 药物对伤口进行消炎， 或通过紫外光激发刺激抗菌药物对伤口进行释放， 或对伤口进行冷 却； 所述的主控单元用于收集传感单元提供的传感数据并通过蓝牙将传感数据传送给软 件系统， 同时接收软件系统发出的控制指令， 进而控制执行单元对伤口环境进行调整， 促进 伤口愈合； 所述的软件系。

6、统加载于智能终端上， 其包括蓝牙通讯模块、 数据校准模块、 数据可视化 模块、 数据分析模块和预警模块； 其中： 所述的蓝牙通讯模块用于通过蓝牙协议无线接收主控单元收集得到的传感数据； 所述的数据校准模块用于对蓝牙通讯模块接收到的传感数据进行校准； 所述的数据可视化模块采用多种形式对校准后的传感数据进行可视化操作； 所述的数据分析模块基于校准后的传感数据， 判断伤口处于初期、 中期或愈合期的具 体阶段， 分析伤口环境是否正常； 当伤口环境出现异常情况时， 通过蓝牙通讯模块向主控单 元发送调整伤口环境的控制指令； 所述的预警模块基于校准后的传感数据进行分析， 当判断伤口表面附近存在重压或过 烫物。

7、体情况下， 向伤者发出警报。 2.根据权利要求1所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述的主控单元包括中央处理器、 存 储器、 I2C接口以及蓝牙天线。 3.根据权利要求1所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述的柔性PI基底与皮肤再生材料结 合， 皮肤再生材料直接接触伤口创面。 4.根据权利要求3所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述的皮肤再生材料采用由胶原-壳 聚糖真皮支架和具有一定厚度的硅橡胶膜通过生物相容性良好的胶粘剂粘结而成。 5.根据权利要求1所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述的传感单元包括叉指电极、 拉应 力计、 温度传感器、 湿度传感器和光电二极管。 6.根据权利要求1所述的电子皮肤，。

8、 其特征在于： 所述的执行单元包括叉指电极、 加热 器、 冷却器、 紫外光LED和电热膜。 7.根据权利要求1所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述数据可视化模块的可视化操作包 括显示传感单元各传感器的监测数据、 显示各传感器历史数据的曲线图、 显示各传感器数 据的语义信息。 8.根据权利要求1所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述的数据分析模块收集不同病人的 伤口在各个阶段的所有传感器历史数据， 形成多组训练样本； 然后使用训练样本对SVM分类 器进行训练， 形成伤口分类模型； 进而利用该模型对伤口所处的阶段进行分类， 形成诊断结 果。 权 利 要 求 书 1/2 页 2 CN 10585280。

9、6 B 2 9.根据权利要求1所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述的预警模块采用振动提醒、 声音 提醒或图像文字提醒向伤者发出警报。 10.根据权利要求1所述的电子皮肤， 其特征在于： 所述的智能终端为智能手机、 平板电 脑或PC机。 权 利 要 求 书 2/2 页 3 CN 105852806 B 3 一种用于伤口实时监测的电子皮肤 技术领域 0001 本发明属于软硬件协同医疗技术领域， 具体涉及一种用于伤口实时监测的电子皮 肤。 背景技术 0002 近年来， 软电子产业发展迅猛， 在柔性屏幕、 柔性电池、 柔性传感器等产业发挥越 来越大的作用。 但软电子在医疗领域渗透尚显不足。 医疗领域由。

10、于其特殊性， 对于软性材 料、 材料的生物兼容性有着更严格的需求。 另一方面， 具体到伤口监测方面， 传统的伤口监 测方法主要是依靠肉眼判别伤口情况， 更复杂一些则是提取伤口表面体液进行进一步的理 化检测。 前者需要依赖医疗经验， 准确度差， 易受主观影响， 后者则流程复杂， 费用昂贵， 还 可能给患者带来痛苦。 由于上述方案的准确度差或者是流程复杂， 导致无法对伤口进行实 时的监测， 无法在最适当的时机对伤口进行最适当的处理， 因此对伤口的实时监测系统的 需求是客观存在且迫切的。 0003 传统的伤口监测方法主要就是拿掉绷带来观察伤口， 根据伤口组织的理化形态判 断其愈合状况。 一方面， 如。

11、果伤口还未愈合， 这样很有可能会使伤口受到感染， 留下不可抹 掉的疤痕， 增加患者痛苦； 另一方面， 通过肉眼观察得出的结论需要依赖医疗经验， 准确度 差， 易受主观影响， 而且只能得出定性结论。 0004 更复杂的监测方法则是提取伤口表面体液进行进一步的理化检测。 例如， 近期 Melissa L Fernande等的一项针对下肢静脉溃疡的研究发现检测伤口渗液中的尿酸含量 有助于判别伤口的严重程度。 尿酸可以在伤口中沉积尿酸钠晶体(Monosodium urate crystal)引发炎症反应， 从而抑制伤口愈合。 通过检测伤口渗液的成份， 研究人员发现当尿 酸水平较高时， 伤口较为严重， 。

12、愈合时间也较长。 研究人员认为可以通过监测伤口渗液中的 尿酸或多种尿酸前体水平来判别和预测伤口的严重程度， 具有一定的诊断价值。 尿酸水平 的升高往往与伤口严重性呈正相关， 而尿酸前体如嘌呤水平的升高表明伤口严重程度较 低。 因此监测伤口渗液中的嘌呤代谢变化可以了解慢性伤口如下肢静脉溃疡等的愈合过 程。 另外， 哈佛医学院教授康纳L埃文斯开发出了一种绷带。 这条绷带加入了荧光粉， 它可 以吸收光线， 同时再将其释放掉。 当伤口处缺乏氧气时， 这条绷带内的荧光粉就会变红， 如 果氧气充足， 则会显示绿色光。 这样就可以通过荧光颜色判断伤口处的供氧情况。 但是以上 这些监测伤口表面体液理化性质的方。

13、法流程复杂， 费用昂贵， 而且不能对伤口进行实时的 监测， 无法在最适当的时机对伤口进行最适当的处理。 0005 由此可见， 现有技术主要存在以下几个缺陷： 0006 (1)准确度差， 大量依赖人的主观性和经验。 0007 (2)若采用理化检测方法， 费用昂贵， 流程复杂， 时效性差。 0008 (3)无法实时监测， 从而实时调整伤口理化环境， 错过了最佳调理时机。 发明内容 说 明 书 1/5 页 4 CN 105852806 B 4 0009 针对现有技术所存在的上述技术问题， 本发明提供了一种用于伤口实时监测的电 子皮肤， 能够实现对伤口的实时监测并按需调理。 0010 一种用于伤口实时。

14、监测的电子皮肤， 包括硬件系统和软件系统； 0011 所述的硬件系统包括主控单元、 传感单元和执行单元； 传感单元和执行单元通过 PDMS(聚二甲基硅氧烷)贴合在伤口位置， 主控单元则制作于柔性PI(聚酰亚胺)基底上且通 过可延展导线与传感单元和执行单元连接； 其中： 0012 所述的传感单元用于采集伤口处关于温度、 湿度、 肿胀拉应力、 皮肤阻抗、 ECG(心 电图)和血氧变化的传感数据； 0013 所述的执行单元用于对伤口进行电刺激以加速血管生长， 或通过加热融化脂肪包 裹的药物对伤口进行消炎， 或通过紫外光激发刺激抗菌药物对伤口进行释放， 或对伤口进 行冷却； 0014 所述的主控单元用。

15、于收集传感单元提供的传感数据并通过蓝牙将传感数据传送 给软件系统， 同时接收软件系统发出的控制指令， 进而控制执行单元对伤口环境进行调整， 促进伤口愈合； 0015 所述的软件系统加载于智能终端上， 其包括蓝牙通讯模块、 数据校准模块、 数据可 视化模块、 数据分析模块和预警模块； 其中： 0016 所述的蓝牙通讯模块用于通过蓝牙协议无线接收主控单元收集得到的传感数据； 0017 所述的数据校准模块用于对蓝牙通讯模块接收到的传感数据进行校准； 0018 所述的数据可视化模块采用多种形式对校准后的传感数据进行可视化操作； 0019 所述的数据分析模块基于校准后的传感数据， 判断伤口处于初期、 中。

16、期或愈合期 的具体阶段， 分析伤口环境是否正常； 当伤口环境出现异常情况时， 通过蓝牙通讯模块向主 控单元发送调整伤口环境的控制指令； 0020 所述的预警模块基于校准后的传感数据进行分析， 当判断伤口表面附近存在重压 或过烫物体情况下， 向伤者发出警报。 0021 进一步地， 所述的主控单元包括中央处理器、 存储器、 I2C接口以及蓝牙天线等。 0022 进一步地， 所述的柔性PI基底与皮肤再生材料结合， 皮肤再生材料直接接触伤口 创面， 具有良好生物相容性， 可诱导真皮层再生。 0023 所述的皮肤再生材料采用由胶原-壳聚糖真皮支架和具有一定厚度的硅橡胶膜通 过生物相容性良好的胶粘剂粘结而。

17、成。 0024 进一步地， 所述的传感单元包括叉指电极、 拉应力计、 温度传感器、 湿度传感器、 光 电二极管等。 所述的执行单元包括加热器、 冷却器、 紫外光LED和电热膜等。 其中， 叉指电极 实现皮肤阻抗和ECG测量， 判断皮肤生长情况， 同时可以用于施加电刺激刺激血管生长； 加 热器可以加热伤口， 也可以对炎症位置热熔脂肪包裹体释放消炎药(不同温度)； 血氧采用 光电二极管接收测量。 0025 进一步地， 所述数据可视化模块的可视化操作包括显示传感单元各传感器的监测 数据、 显示各传感器历史数据的曲线图、 显示各传感器数据的语义信息。 0026 进一步地， 所述的数据分析模块收集不同病。

18、人的伤口在各个阶段的所有传感器历 史数据， 形成多组训练样本； 然后使用训练样本对SVM分类器进行训练， 形成伤口分类模型； 进而利用该模型对伤口所处的阶段进行分类， 形成诊断结果。 说 明 书 2/5 页 5 CN 105852806 B 5 0027 进一步地， 所述的预警模块采用振动提醒、 声音提醒、 图像文字提醒等多种方式向 伤者发出警报。 0028 所述的软件系统具有分析、 运算能力， 负责对数据的获取、 分析和控制指令的生 成； 所述的硬件系统负责数据的采集和对控制指令的执行， 两者共同为伤口监测服务。 0029 所述的智能终端可以为智能手机、 平板电脑或PC机等。 0030 本发。

19、明电子皮肤的硬件部分利用各类传感器实时采集伤口丰富的理化信息， 利用 蓝牙低功耗技术实现数据向软件系统的实时传送， 利用聚二甲基硅氧烷材料实现生物兼容 性， 利用伤口温度调节器对伤口按预设方案进行调理； 软件部分实时地获取伤口理化信息， 并对信息进行实时分析， 获取伤口当前的状态， 根据需要发出指令， 对伤口的环境进行调 整， 促进伤口愈合； 软硬件系统协同工作， 对伤口进行实时地监测并按需调理。 附图说明 0031 图1为本发明电子皮肤的结构示意图。 0032 图2为本发明电子皮肤软硬件系统的协同工作流程示意图。 具体实施方式 0033 为了更为具体地描述本发明， 下面结合附图及具体实施方式。

20、对本发明的技术方案 进行详细说明。 0034 本发明用于伤口实时监测的电子皮肤包括硬件系统和软件系统两部分， 两者相互 协调控制， 目标是监测伤口的变化， 按预设方案对伤口进行调理， 促进伤口愈合； 如图1所 示： 0035 硬件系统基于TI公司CC2541 Sensor Tag 1.4平台， 包括主控芯片、 传感器、 执行 器、 亲肤封装材料、 皮肤再生材料等部分。 0036 亲肤封装材料为多层复合的柔性材料， 包括PDMS、 柔性PI基底； 皮肤再生材料采用 由胶原-壳聚糖真皮支架和具有一定厚度的硅橡胶膜通过生物相容性良好的胶粘剂粘结而 成。 柔性PI基底与胶原-壳聚糖/硅橡胶皮肤再生材料。

21、结合， 再生材料直接接触创面， 具有良 好生物相容性， 可诱导真皮层再生。 0037 主控芯片是TI公司CC2541， 它包括了中央处理器、 存储器、 I2C接口以及蓝牙4.0模 块； 主控芯片制作于亲肤封装材料柔性PI基底上(直径1厘米左右)， 具有可弯曲可折叠特 性， 并埋在纱布内， 通过PDMS可延展导线与传感器/执行器连接， 传感器/执行器制作于可延 展的PDMS上， 可以完全贴合在伤口位置并在运动中保持与伤口位置紧密接触， 并具有透水 透气等生物兼容性。 0038 电子皮肤上分布多种传感器， 伤口位置的温度、 湿度、 压力(肿胀拉应力)、 皮肤阻 抗、 ECG心电和血氧变化6个传感量。

22、； 同时分布有紫外光LED、 电热膜、 脂包裹药物等执行器。 传感部分的器件采用复用集成技术： 叉指电极实现皮肤阻抗和ECG测量， 判断皮肤生长情 况， 同时可以用于施加电刺激刺激血管生长， 加热器可以加热伤口， 也可以对炎症位置热熔 脂肪包裹体释放消炎药(不同温度)。 血氧采用TI平台的红外发光二极管和光电二极管接收 测量。 主要运算诊断和医生实时获得数据是交给手机及其云平台操作， 主控MCU采用TI公司 的Sensor TAG平台， 单纯是传感数据收集调度、 无线收发编码以及输出执行器工作的作用。 说 明 书 3/5 页 6 CN 105852806 B 6 传感器端使用柔性电子技术实现可。

23、延展可弯曲可折叠的设计， 可实现延展率200的柔性 连接。 0039 软件系统部署在外部智能手机上， 通过蓝牙低功耗协议与硬件系统进行通信， 一 方面接收监测到的传感数据， 另一方面根据预设的方案， 对硬件系统发出调整伤口环境的 指令， 且根据压力、 温度等数据， 模拟皮肤触感， 进行预警。 软件系统分为蓝牙通讯模块、 数 据校准模块、 数据可视化模块、 数据分析模块、 预警模块； 其中： 0040 蓝牙通讯模块， 其利用蓝牙低功耗协议与硬件系统对接并实时接收多个传感器的 数据。 该模块可以根据用户需要设定数据的采集频度和单次的数据采集量， 在耗电量和采 集数据密度之间建立平衡， 并且使用数据。

24、库存储历史数据。 0041 数据校准模块， 其对采集到的原始数据进行校准， 提高数据准确度。 一般来说， 传 感器因其个体差异， 原始数据会存在系统性误差。 因此硬件系统部署到伤口之前， 首先对温 度、 压力等传感器做数据预采样， 同时使用专业仪器获得一组温度、 压力等的对比数据。 然 后使用最小二乘法将传感器数据与对比数据做线性拟合， 得到一组拟合系数， 将此系数作 为校准参数， 在之后的伤口监测过程中， 对传感器的原始数据进行校准处理， 可以减小由传 感器个体差异造成的系统性误差。 0042 数据可视化模块， 其用多种形式对数据进行可视化， 方便病人查看伤口实时状态。 可视化分三个层次： 。

25、0043 (1)显示各传感器的监测数据。 对校准后的传感器数据， 直接显示其实时数值。 0044 (2)显示历史数据的曲线图。 对最近一段时间内的传感器数据， 实时显示其变动曲 线； 由于历史数据已经存储在智能手机终端， 因此也可以显示部署硬件系统后任意一段时 间内的数据变动曲线， 以便对伤口状态的演变情况进行诊断。 0045 (3)显示数据的语义信息。 由于病人往往不知道各传感器具体数值的含义， 因此需 要根据医学经验， 将温度、 压力等数值转为语义信息。 这里将其分为五档： 过高、 高、 正常、 低、 过低， 每一档的阈值根据医学经验设定。 对于每一档， 在智能手机终端上显示不同的图 案和。

26、文字， 这样可以实时告诉病人其伤口状况是否处于正常范围。 0046 数据分析模块， 其对接收到的伤口数据进行实时分析， 根据既有的医学经验， 判断 伤口处于初期、 中期、 愈合期等不同阶段； 分析伤口环境是否正常， 并向硬件系统反馈以调 整伤口环境。 首先收集不同病人的伤口在各个阶段的传感器历史数据， 形成训练样本； 然后 使用训练样本对SVM分类器进行训练， 形成伤口分类模型； 将SVM分类器应用于新部署的硬 件系统， 对伤口所处的阶段进行分类， 形成诊断结果。 在每一阶段， 根据伤口的温度、 湿度、 压力等环境数据判断其是否正常。 当伤口环境出现异常情况时， 向硬件系统发出反馈指令， 对其。

27、进行加热或制冷等处理， 其中， 对于愈合偏慢血氧偏低的伤口， 通过电刺激加速血管生 长； 对于轻微炎症通过加热融化脂肪包裹的药物进行消炎； 对于感染创面， 通过紫外光激 发， 刺激抗菌药物释放。 0047 预警模块， 其对压力、 温度等感知数值大小和范围进行分析(设定阈值)后， 可以判 断伤口表面附近是否有重压、 锐物接触、 过烫物体等， 若出现上述危险状况(超过阈值)， 软 件系统会向伤者发出警报； 警报方式有振动提醒、 声音提醒、 图像文字提醒等多种方式。 0048 本实施方式电子皮肤软硬件协同流程， 如图2所示： 0049 1.对硬件系统进行通电， 并部署在伤口上。 说 明 书 4/5 。

28、页 7 CN 105852806 B 7 0050 2.硬件系统无线通信模块发出等待通讯信号。 0051 3.软件系统开启， 和硬件系统建立定期的无线连接。 0052 4.软件系统从硬件系统实时获取各类传感数据。 0053 5.软件系统对获取的数据进行综合分析： 0054 5.1在危险情况下软件系统向用户发出预警警报。 0055 5.2在需要影响伤口的情况下软件系统向硬件系统发出控制指令， 如进行伤口加 热等。 0056 上述的对实施例的描述是为便于本技术领域的普通技术人员能理解和应用本发 明。 熟悉本领域技术的人员显然可以容易地对上述实施例做出各种修改， 并把在此说明的 一般原理应用到其他实施例中而不必经过创造性的劳动。 因此， 本发明不限于上述实施例， 本领域技术人员根据本发明的揭示， 对于本发明做出的改进和修改都应该在本发明的保护 范围之内。 说 明 书 5/5 页 8 CN 105852806 B 8 图1 图2 说 明 书 附 图 1/1 页 9 CN 105852806 B 9 。