基于柔性超聲傳感器的骨質(zhì)狀況檢測系統(tǒng)

王博智，牛麒銘，趙云楠，王 偉，劉衛(wèi)國，林大斌

（西安工業(yè)大學(xué) 光電工程學(xué)院，西安 710021）

0 引言

隨著國防科技和外空探索領(lǐng)域的不斷發(fā)展，外太空失重和高壓低氧環(huán)境對宇航員身體的影響引起廣泛關(guān)注，骨質(zhì)狀況的定期檢測已成為宇航員在太空中所面臨的主要問題［1］。人體骨骼在正常環(huán)境下，骨形成與骨吸收會處于動態(tài)平衡，當(dāng)處于太空微重力環(huán)境中時，骨骼會為了適應(yīng)環(huán)境變化而發(fā)生一系列改變，如骨吸收的增加［2］和骨形成的減少，進(jìn)而引發(fā)骨質(zhì)丟失和骨脆性增加［3］，增高骨折罹患率［4-8］。Grigoriev等［9］研究發(fā)現(xiàn)身體部位越低，骨丟失越嚴(yán)重。宇航員在太空中的骨質(zhì)流失情況已經(jīng)越來越被重視，各個國家提出各種對策來減小骨質(zhì)流失對宇航員的影響，太空的微重力環(huán)境仍然會導(dǎo)致宇航員骨丟失、骨力學(xué)特性減弱和骨基質(zhì)分解加強(qiáng)［3］。因此，定期對骨質(zhì)進(jìn)行檢測是宇航員保持健康的必要手段。然而，目前大多數(shù)可用的檢測系統(tǒng)體積較大、剛性（應(yīng)變量小于5%）和檢測部位單一，不便于宇航員在太空中使用。

可穿戴式柔性傳感器因其兼具生物相容性和可拉伸性，逐漸成為研究熱點(diǎn)［10-12］。柔性傳感器以信號傳導(dǎo)的形式將生理信號轉(zhuǎn)化為可視的電信號，在人體健康檢測、生物醫(yī)學(xué)和柔性電子皮膚等方面有著巨大的潛力［13］。香港城市大學(xué)的楊征保教授采用PZT 剪紙結(jié)構(gòu)和柔性材料PDMS制備了預(yù)防關(guān)節(jié)紊亂的柔性壓電剪紙型傳感器，用來檢測關(guān)節(jié)的活動情況［14］。清華大學(xué)的馮雪教授團(tuán)隊用柔性印刷電路技術(shù)生產(chǎn)超薄、柔性印刷電路，使用回流焊接技術(shù)將超聲波傳感器以梅花形焊接到預(yù)制電路上，將預(yù)制電路放置在模具內(nèi)，并用柔性基座硅酮作為封裝，制備出了柔性超聲傳能器件和用于監(jiān)測血流速度的柔性多普勒超聲裝置［15］。

基于此，本文提出一款基于軸向透射技術(shù)［16］的超聲骨質(zhì)測量系統(tǒng)設(shè)計，該系統(tǒng)立足于定量超聲理論，以FPGA（field programmable gate array）為核心，用高速數(shù)模轉(zhuǎn)換（A／D）芯片進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，電路高度集成，從采樣率（50 MHz）、效率功耗、集成度和數(shù)據(jù)傳輸速率（115 200bps）等方面改善系統(tǒng)的性能。并且將傳感器部分改為柔性基底，設(shè)計出一種高靈敏度柔性超聲（HSFU，high sensitivity flexible ultrasound）傳感器，該傳感器可以覆蓋不同人體部位并測得該部位的骨質(zhì)情況。系統(tǒng)通過WIFI（wireless fidelity）模塊技術(shù)與移動端進(jìn)行交互，并在移動端設(shè)計了一個功能完善、界面簡單、操作方便的可視化人機(jī)界面，方便使用者的查看與操作，從而達(dá)到便攜易檢測的目的。與傳統(tǒng)檢測設(shè)備相比，該系統(tǒng)縮小了設(shè)備體積，擺脫了檢測部位單一的缺點(diǎn)，提高了系統(tǒng)的響應(yīng)速度。

1 骨質(zhì)狀況檢測系統(tǒng)設(shè)計

1.1 總體系統(tǒng)設(shè)計

整個系統(tǒng)由6個模塊構(gòu)成：FPGA 主控模塊、脈沖激勵模塊、超聲陣列模塊、信號放大模塊、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊和無線傳輸模塊，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 骨質(zhì)狀況檢測系統(tǒng)設(shè)計

主控芯片（FPGA）控制脈沖激勵模塊產(chǎn)生80 V、2 MHz的脈沖信號，超聲發(fā)射換能器發(fā)出超聲，經(jīng)過骨骼和軟組織傳播后被超聲接收陣列所接收，聲能轉(zhuǎn)換為電信號。接收到的超聲信號經(jīng)AD8331 放大，接著模數(shù)轉(zhuǎn)換器3PA1030將模擬信號轉(zhuǎn)為數(shù)字信號，獲取的數(shù)據(jù)經(jīng)SRAM緩存，最終進(jìn)入FPGA 進(jìn)行處理與分析。骨質(zhì)狀況信息通過WIFI模塊ESP8266傳輸?shù)揭苿佣孙@示出來。系統(tǒng)中除超聲陣列模塊外，其余五個模塊均集成在柔性PCB上。

柔性電路可以設(shè)計成復(fù)雜的三維結(jié)構(gòu)，彎曲成各種形狀，可以用于高度重復(fù)性的應(yīng)用。在不同的變形狀態(tài)下，柔性電路仍舊可以完成相應(yīng)的電氣功能，能夠完整地發(fā)射脈沖信號以及完成數(shù)模信號的轉(zhuǎn)換。通過外殼設(shè)計，使系統(tǒng)可以固定在身體的各個部位。外殼采用黑尼龍材料，通過3D打印制備。

1.2 超聲特征參量測量

系統(tǒng)采用軸向透射檢測原理，將三組單發(fā)雙收式超聲換能器作為前端信號采集器。每組換能器由A、B、C 三塊超聲換能器組成，位于同一水平線上，其中A 換能器用于發(fā)射超聲波，B、C兩塊換能器用于接收超聲波，內(nèi)部隔聲層將A 換能器與B、C換能器分隔開，如圖2所示。

圖2 超聲傳輸路徑與時間

發(fā)射換能器工作時，超聲波以臨界角的方向入射到骨組織內(nèi)，產(chǎn)生側(cè)波。側(cè)波沿骨骼內(nèi)表面?zhèn)鬏斠欢尉嚯x后以相等的角度折射出骨骼，由接收端換能器接收并通過FPGA處理后獲取骨質(zhì)相關(guān)信息。

FPGA 內(nèi)部計數(shù)器會記錄發(fā)射器與各接收器之間的超聲傳輸時間。超聲由A 換能器發(fā)出，由B 換能器接收的傳輸時間記為TAB；超聲由A 換能器發(fā)出，由C 換能器接收的傳輸時間記為TAC。由圖2可知：

由于A、B、C所在平面與骨骼表面平行，則聲波射出時，經(jīng)過軟組織的時間和距離相等，即t3＝t5，SBB1＝SCC1，則：

由式（3）可知，當(dāng)A、B、C 所在平面與骨骼表面平行時，只需知道超聲波從換能器A 分別到達(dá)換能器B、C的傳輸時間，即可求出骨骼中的超聲聲速SOS。

T-Score和Z-Score目前已成為骨質(zhì)疏松癥的診斷標(biāo)準(zhǔn)。T-Score表示測試者的骨質(zhì)量與同性別青年人群的骨質(zhì)量相比較而得出的結(jié)果。其具體計算公式如下：

式中，SOS為受試者特定骨骼部位的超聲聲速，為超聲聲速參考標(biāo)準(zhǔn)值，SD為標(biāo)準(zhǔn)偏差。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計

2.1 FPGA主控模塊

本系統(tǒng)的主控模塊芯片選用Xilinx公司的Artix7系列，其具體型號為xc7a35tfgg484-2，用戶可用IO 口為250個，可以滿足大多數(shù)設(shè)計需求。該芯片的I／O 驅(qū)動電壓寬泛，從1.2V 到3.3V 都支持，并且支持DDR3的800Mb／s高速輸入輸出。采用JTAG-10規(guī)格接口下載調(diào)試程序，將JLink的TDI、TMS、TDO、TCK 四個引腳與FPGA 相連，VCC引腳接3.3V 電壓便可用于程序的調(diào)試與下載；芯片外置復(fù)位電路，提高系統(tǒng)電路的穩(wěn)定性與可靠性；系統(tǒng)采用N25Q128芯片作為外部FLASH 代碼存儲器，其具有與磁存儲器一樣無需電能也可以保持?jǐn)?shù)據(jù)的優(yōu)勢，與EPROM（電可編程只讀存儲器）的紫外線擦除方式相比，F(xiàn)LASH的電擦除功能可以為開發(fā)者節(jié)省大量時間，也為開發(fā)者更新存儲器提供了便利條件；外部有源晶振信號質(zhì)量好，比較穩(wěn)定，連接簡單，為系統(tǒng)提供50MHz時鐘頻率。主控模塊部分電路如圖3所示。

圖3 FPGA 主控模塊部分電路圖

2.2 脈沖激勵模塊

脈沖激勵電路是在脈沖信號的控制下產(chǎn)生一個持續(xù)時間很短的脈沖電壓，激勵換能器產(chǎn)生超聲波，用來獲得骨質(zhì)情況。本電路采用的VMOS 管為IRFP450，其參數(shù)為VDSS＝500 V，RDS（on）＝0.4 Ω，ID＝14 A。電 路 中 三 極 管8050和8550構(gòu)成一級驅(qū)動電路。一般的中功率VMOS管會有nF級的柵電容，開關(guān)電壓為7～10V，最大上升時間為幾十納秒。

模塊以VMOS 為開關(guān)元件，采用脈沖輸入方式，靠電感儲能形成觸發(fā)脈沖，不需要較高直流供電，其儲能僅與換路時的電感電流的平方成正比。當(dāng)觸發(fā)脈沖在負(fù)脈沖期間，L1、C1、R2 和R3 組成諧振電路快速放電，形成尖端激勵脈沖。電路中，電阻R2用來調(diào)節(jié)脈沖的幅值大小，當(dāng)增加R2的阻值時，脈沖的幅值會變大。脈沖激勵塊如圖4所示。

圖4 脈沖激勵模塊電路圖

2.3 信號放大模塊

超聲信號經(jīng)過軟組織和骨質(zhì)傳播后被接收換能器接收，由超聲信號轉(zhuǎn)為電信號，再由接收電路進(jìn)行處理。雖然脈沖激勵電路產(chǎn)生的初始聲能強(qiáng)度足夠大，但是由于超聲在傳輸過程中發(fā)生散射和衰減，到達(dá)接收換能器時會有相當(dāng)多的能量損失，導(dǎo)致電壓信號較低，所以在接收電路里面需要對超聲信號進(jìn)行放大。為了能夠得到較為準(zhǔn)確的測量結(jié)果，系統(tǒng)采用以AD8331為核心的可變增益放大模塊對回波信號進(jìn)行放大。

AD8331是一款單通道、噪聲超低的增益線性可調(diào)的放大器，輸入頻率高達(dá)120 MHz，僅需5V 單電壓供電。前置放大器單端輸入，差分輸出，增益為19dB?？删幊毯笾梅糯笃魉峁┑脑鲆娣秶贚O 增益模式下由-4.5dB 至＋43.5dB，在HI增益模式下由7.5dB至55.5dB。MODE引腳接地，所以模塊的增益控制斜率為正。RCLMP引腳通過7.5K 電阻接地，HILO 引腳由FPGA 控制，當(dāng)HILO＝LO 時，輸出的峰峰值將被限制到2V。系統(tǒng)AD8331的外圍電路如圖5所示。

圖5 AD8331外圍電路

2.4 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊

A／D轉(zhuǎn)換部分負(fù)責(zé)完成信號的模數(shù)轉(zhuǎn)換工作，以便微處理器進(jìn)行復(fù)雜的信號處理。本系統(tǒng)選用的采集芯片是一款單電壓芯片3PA1030，轉(zhuǎn)換速度為50 Msps，可在2.7～5.5V 范圍內(nèi)工作，非常適合高速應(yīng)用中的低功耗操作。3PA1030 芯片的輸入模擬電壓轉(zhuǎn)換范圍是0～2V，所以電壓輸入端需要先經(jīng)過電壓衰減電路，使輸入的-5～＋5V之間的電壓衰減到0～2V 之間，然后經(jīng)過3PA1030芯片將模擬電壓信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號。數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路圖如圖6所示。

圖6 數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊電路圖

2.5 無線發(fā)射模塊

本系統(tǒng)的無線發(fā)射模塊采用ESP8266，該模塊內(nèi)部集成MCU，通過串口與微處理器進(jìn)行數(shù)據(jù)通信。模塊的TXD引腳為數(shù)據(jù)發(fā)送腳，與FPGA 的UART 數(shù)據(jù)接收腳連接在一起。模塊的RXD引腳為數(shù)據(jù)接收腳，與FPGA 的UART數(shù)據(jù)發(fā)送腳連接在一起。VCC 一般選用5 V 供電，選用3.3V 會由于供電不足引起不斷復(fù)位。ESP8266 有三種模式，本系統(tǒng)采用AP 模式，工作狀態(tài)時ESP8266產(chǎn)生一個熱點(diǎn)，上位機(jī)通過連接ESP8266配置好的IP和端口，從而接收WIFI 發(fā)過來的信息。FPGA 的UART 輸出端與ESP8266的輸入端連接，控制WIFI信息發(fā)送，波特率選用115 200bps。ESP8266與FPGA 的連接如圖7所示。

圖7 ESP8266與FPGA 連接圖

2.6 超聲陣列模塊

超聲傳感器貼合在皮膚表面，檢測該部位骨質(zhì)情況，幫助預(yù)防上肢骨質(zhì)疏松。超聲發(fā)射換能器接收激勵電路發(fā)射脈沖后發(fā)出超聲信號，超聲信號沿骨頭內(nèi)表皮傳播后分別折射進(jìn)入兩個超聲接收換能器，接收換能器由于壓電效應(yīng)將聲信號轉(zhuǎn)換為電信號。電信號通過FPGA 不間斷傳輸?shù)街悄茉O(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和存儲。每個超聲換能器由PZT壓電材料和電極構(gòu)成，其電信號通過導(dǎo)線進(jìn)行傳輸。傳感器由三組超聲陣列構(gòu)成，每組與平面的角度不同，分別為17°、20°和23°。三組超聲陣列都封裝在柔軟的PDMS 中，這使得超聲傳感器柔軟、適應(yīng)性強(qiáng)，能夠貼合大多數(shù)人體部位。

超聲陣列的制備過程需要兩個主要步驟，首先制備復(fù)合壓電材料，然后將陣列封裝起來。將壓電材料固定好，兩面噴涂電極材料，噴涂的時候?qū)⒒准訜岬?0 ℃，噴嘴35℃，設(shè)備頻率7 500Hz；噴涂完畢后在80℃的加熱器上干燥10min，復(fù)合材料制備完成。焊接導(dǎo)線后，將復(fù)合材料放入模具，滴管滴下PDMS液體，填滿模具。將模具放在55～60 ℃的真空干燥箱固化處理2～4h，超聲陣列制備完成。

PZT壓電材料選用11mm×11mm×1mm 規(guī)格，傳感器固化后，共振頻率從2 MHz略微偏移至2.11 MHz。該傳感器有著較高的能量傳遞效率，激勵峰峰值電壓為10V時，響應(yīng)峰峰值電壓為2.36V，傳輸距離為5mm，采用水為傳輸介質(zhì)。也有較低的能量衰減，類似激勵條件下，傳輸距離為2～5mm，響應(yīng)峰峰值電壓為1.28～3.34V。此外，還測量了該傳感器的功率傳遞效率在特定距離下可達(dá)35%，（水為傳輸介質(zhì)，輸入功率為208mW，接收功率為72 mW）接收功率強(qiáng)度為59.5 mW／cm2（接收功率為72mW，接收超聲換能器面積為1.21cm2）。裝置的能量轉(zhuǎn)移效率如表1所示。

表1 不同傳輸深度和激勵峰值電壓對超聲能量傳輸效率的影響

2.7 電源模塊

JW5060T 是一款單晶片式降壓開關(guān)穩(wěn)壓器，可實現(xiàn)快速瞬態(tài)響應(yīng)。在輕負(fù)載時，穩(wěn)壓器以低頻運(yùn)行，以保持高效率和低輸出紋波。JW5060T 通過電源適配器輸入12V 的電壓，經(jīng)過內(nèi)部電路，最終輸出5V 的穩(wěn)定直流電壓，供其他電源芯片、A／D 電路及其他電路使用。通過輸出短路保護(hù)、熱保護(hù)、電流失控保護(hù)和輸入欠壓鎖定保證了其應(yīng)用穩(wěn)定性。JW5060T＿6供電電路如圖8所示。

圖8 DC JW5060T＿6供電電路圖

EA3059是四路電源管理芯片，適用于由一節(jié)鋰電池或一個DC-5V 適配器供電的應(yīng)用。EA3059的輸入電壓范圍為4.5～6V，在輸入5V 電壓時，經(jīng)過內(nèi)部芯片作用和外部電路，最終輸出1.0V、1.5V、1.8V 和3.3V 的電壓供系統(tǒng)各模塊正常工作。EA3059供電電路如圖9所示。

圖9 EA3059供電電路圖

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計

3.1 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計

系統(tǒng)總體軟件設(shè)計將各個功能軟件部分進(jìn)行整合。在系統(tǒng)開始運(yùn)行時，主函數(shù)對所有軟件部分進(jìn)行初始化設(shè)置。對UART 數(shù)據(jù)傳輸部分進(jìn)行波特率和數(shù)據(jù)傳輸位數(shù)設(shè)置，對WIFI信息交互功能部分進(jìn)行模式選擇、波特率設(shè)置、端口號設(shè)置和IP地址設(shè)置。

上電后，系統(tǒng)確定適合所測部位的陣列組，主控模塊控制脈沖激勵發(fā)射模塊發(fā)出頻率為2MHz，幅值為80V 的超聲信號。超聲信號接收后根據(jù)算法計算出所需結(jié)果，最后通過WIFI交互軟件部分發(fā)送到上位機(jī)并顯示。系統(tǒng)整體軟件設(shè)計流程如圖10所示。

圖10 系統(tǒng)整體軟件設(shè)計流程圖

3.2 超聲特征參量測量算法

超聲特征參量的測量需要FPGA 來完成，F(xiàn)PGA 主要通過算法設(shè)計來對模塊進(jìn)行功能控制。系統(tǒng)啟動時，載入與所測人群對應(yīng)的和SD，F(xiàn)PGA 控制脈沖激勵模塊給出脈沖信號，超聲陣列發(fā)射超聲波。同時，F(xiàn)PGA 內(nèi)部兩個計時器t1和t2開始計時，當(dāng)系統(tǒng)檢測到接收換能器有信號輸入時，所對應(yīng)的計時器分別停止計時，計算兩個計數(shù)器的時間差，進(jìn)而得出SOS。數(shù)據(jù)有效時，記錄數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)無效時，重新進(jìn)行檢測。數(shù)據(jù)量設(shè)定為4，四個有效數(shù)據(jù)測量完成后取平均值并計算骨質(zhì)參數(shù)。超聲特征參量測量算法流程如圖11所示。

圖11 超聲特征參量測量算法流程圖設(shè)計

3.3 WIFI信息交互軟件設(shè)計

本系統(tǒng)選用ESP8266WIFI模塊，該模塊可以實現(xiàn)透傳，數(shù)據(jù)接收后將原封不動的發(fā)出去，極大提高系統(tǒng)的響應(yīng)速度。AT 指令在WIFI等嵌入式模塊中發(fā)揮著重要作用，簡化了相關(guān)設(shè)備聯(lián)網(wǎng)的復(fù)雜度。

FPGA 通過UART 與WIFI模塊實現(xiàn)信息通訊，即對WIFI模塊發(fā)送AT 指令來完成對WIFI模塊的設(shè)置，依次設(shè)置模式為AP 模式，波特率為115 200bps，端口號為1234，IP 地址為192.168.3.122。設(shè)置完成后，移動端與WIFI模塊發(fā)出的熱點(diǎn)與端口號配對，完成對WIFI模塊的配置，進(jìn)入到上位機(jī)與下位機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)臓顟B(tài)。上位機(jī)通過UDP（user datagram protocol）協(xié)議接收到WIFI模塊發(fā)過來的信號，并通過數(shù)據(jù)劃分將各信息分別顯示在相應(yīng)位置上。WIFI信息交互軟件設(shè)計流程如圖12所示。

圖12 WIFI信息交互軟件設(shè)計流程圖

4 實驗結(jié)果與分析

4.1 系統(tǒng)軟件測試

通過信號發(fā)生器產(chǎn)生頻率為2 MHz的正弦波，并將其接入A／D轉(zhuǎn)換電路。大約兩秒后輸入第二個通道的信號，可以計算出設(shè)定的速度7.5mm／s（兩個接收傳感器距離為15mm）。FPGA 通過UART 將計算出的結(jié)果編碼成10位的二進(jìn)制數(shù)據(jù)，上位機(jī)接收到WIFI模塊傳過來的信息，通過解碼將各個數(shù)據(jù)顯示到相應(yīng)位置上。在本實驗中，將兩個通道的信號發(fā)生器的時間間隔從2秒逐步設(shè)置為5.5秒（步長約為0.7秒），顯示結(jié)果時，根據(jù)無線通信結(jié)果同步記錄設(shè)定速度和測量速度，結(jié)果的平均相對誤差約為0.3%，說明本系統(tǒng)無線發(fā)射模塊具有一定的可靠性。

4.2 系統(tǒng)功能測試

本次測試對象為30人，年齡段0～10歲、10～20歲、20～30歲、30～40歲和40～50歲各6人，選用脛骨作為測量部位，每位志愿者測試四次，測試結(jié)果取平均值，記為SOStibia，移動端顯示最終的檢查結(jié)果。

將整個系統(tǒng)固定在脛骨處，以水為耦合劑，打開開關(guān)，選擇發(fā)射單元，HSFU 開始工作，測得脛骨處骨質(zhì)參數(shù)數(shù)據(jù)。打開APP，匹配WIFI模塊發(fā)出的熱點(diǎn)與端口號，APP接收FPGA 發(fā)送的信息，顯示出來供使用者查看。

本系統(tǒng)在一位受試者脛骨處所測量的脛骨超聲參量SOStibia為（3 814.26±0.2）m／s，T-Score為0.2，Z-Score為0.3。當(dāng)T-Score的值大于-1時為正常，不會存在骨量減少或骨質(zhì)疏松的情況，APP 顯示骨質(zhì)狀況為A；當(dāng)TScore的值在-1～-2.5之間時，提示骨量減少，但還達(dá)不到骨質(zhì)疏松的程度，APP顯示骨質(zhì)狀況為B；在T-Score小于-2.5時可以確定為骨質(zhì)疏松［17］，APP 顯示骨質(zhì)狀況為C。本次受試者均為健康人群，因此T-Score的值應(yīng)大于-1，即APP顯示骨質(zhì)狀況應(yīng)為A。本系統(tǒng)在一位受試者脛骨處所測量的結(jié)果如圖13所示。

圖13 脛骨測量結(jié)果顯示情況

這與同類產(chǎn)品臨床測量結(jié)果一致，即脛骨處SOStibia在3 500～4 000m／s之間［18-20］。實驗結(jié)果與韓國Osteosys公司生產(chǎn)的SONOST-3000的測量結(jié)果進(jìn)行比較如表2所示。

表2 SOStibia測試結(jié)果對比表

實驗結(jié)果表明：兩臺儀器的SOS檢測差別約為0.8%，這與探頭材料、系統(tǒng)硬件設(shè)計和算法的不同有關(guān)。兩個系統(tǒng)的檢測結(jié)果是一致的，即SOS值高的受試者在兩個儀器的測試下結(jié)果都比較高，因此本系統(tǒng)的檢測結(jié)果是合理的，進(jìn)行足夠的對比實驗測試后，對系統(tǒng)進(jìn)行合理校準(zhǔn)便可提高系統(tǒng)的準(zhǔn)確率。

5 結(jié)束語

本文展示了一種基于柔性傳感器的骨骼狀況檢測系統(tǒng)，該系統(tǒng)由柔性超聲傳感器、控制電路和移動端APP 構(gòu)成，可多部位測量，且高效便攜。所開發(fā)的柔性超聲換能器陣列傳感器具有高柔韌性，能量傳遞效率高達(dá)35%，通過外殼設(shè)計使其適應(yīng)人體的多個部位。一旦將HSFU 傳感器安裝在人體部位上，能在0.2s的時間內(nèi)測得該部位的骨質(zhì)情況，并將檢測結(jié)果通過WIFI發(fā)送至移動端。

如前所述，所開發(fā)的HSFU 傳感器骨骼狀況檢測系統(tǒng)具有多部位測量、高精度、便攜和即時檢測等優(yōu)點(diǎn)，為現(xiàn)階段在醫(yī)療方面發(fā)展可穿戴式傳感器提供了新的思路。采用便攜式柔性傳感器檢測骨骼狀況的策略，將促進(jìn)柔性傳感器在外太空對宇航員骨骼情況檢測方面的應(yīng)用，并對骨質(zhì)流失監(jiān)測提供有益的參考數(shù)據(jù)。