麻省理工学院的科学与人工智能实验室(CSAIL)创建了一个工具包,让用户设计出可以检测肌肉运动的健康感应设备。为了设计这个工具包,研究人员使用了一种叫做电阻抗断层扫描(EIT)的技术。EIT实际上是一种成像技术,可以测量和可视化一个人的内部电导率。(EIT通常用于观察肺功能或检测癌症。)
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使用“EIT-kit”,该团队构建了一系列支持不同传感应用的设备,包括用于身体康复的个人肌肉监测器、可穿戴的手势识别器和可以检测分心驾驶的“手镯”。
虽然EIT传感通常需要昂贵的硬件设置和复杂的图像重建算法,但印刷电子产品和开源EIT图像库的使用使其成为一个有吸引力的、低成本的、便携的选择。但设计EIT物品仍然很困难,通常需要适当融合设计知识,设备与人之间的充分接触,以及优化,瑞秋·戈登写道麻省理工学院新闻。
EIT-kit 3D编辑器将用户置于完整设计方向的驾驶员位置。一旦传感电极(用来测量人类活动)被放在编辑器中的设备上,它就可以输出到3D打印机上。然后,该项目可以组装,放置在目标测量区域,并连接到EIT-kit的传感主板。作为最后一步,一个板载微控制器库自动化电阻抗测量,并让用户看到可视化的测量数据,甚至在手机上。
现有的设备也只能感知运动,限制用户只了解他们如何随着时间的推移而改变姿势,但EIT-kit可以感知实际的肌肉活动。该团队制作的一个原型设备,看起来像两个简单的带,可以感知大腿肌肉劳损和紧张,以监测受伤后的肌肉恢复,甚至可能用于防止再次受伤。这里的肌肉监测器使用两个电极阵列来创建大腿的3D图像,以及增强现实来实时查看肌肉活动。在这种情况下,仅仅感知运动是没有用的,因为一个人做正确的康复训练需要使用正确的肌肉。此外,研究人员通过分析生肉嫩度的EIT设备感知生物组织。
“EIT-kit项目符合我的长期愿景,即使用快速功能原型技术和新颖的传感技术创建个人健康传感设备,”麻省理工学院CSAIL博士生Junyi Zhu说,他是一篇关于EIT-kit的新论文的主要作者。“在我们与医疗专业人员的研究中,我们发现EIT传感在很大程度上依赖于患者和传感位置,因为测量配置、信号校准、电极放置和其他生物电相关因素。这些挑战可以通过可定制的硬件和自动化算法来解决。除了EIT,其他健康传感技术也面临着类似的复杂性和个性化需求。”
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该团队目前正在与MGH合作开发eit工具包,用于创建远程康复设备,以在治疗过程中监测患者身体的不同部位。由于所有EIT-kit设备都是可移动的,并且可以根据患者的身体形态和特定损伤进行定制,因此可以在家中轻松使用,为医生提供更全面的治疗过程。