私人定制你的大白：生物電阻抗斷層成像開源工具包可以低成本3D打印肌肉健康監測設備

生物電阻抗斷層成像技術是一種新型醫學功能成像技術，它的原理是在人體表面電極上施加一微弱的電流，并測得其他電極上的電壓值，根據電壓與電流之間的關系重構出人體內部電阻抗值或者電阻抗的變化值。

由于該方法未使用核素或射線，對人體無害，因此可以多次測量重復使用，且成像速度快，具有功能成像等特點，加之其成本較低，不要求特殊的工作環境，因此電阻抗斷層成像是一種理想的、具有誘人應用前景的無損傷醫學成像技術，在20世紀末迅速成為研究熱點。目前，一些商用的電阻抗斷層成像設備已在臨床開展應用。

但是，電阻抗斷層成像設備的硬件設置通常龐大且昂貴，并需要復雜的算法來破譯數據。因此，目前電阻抗斷層成像設備的應用局限于醫院等專業醫療領域，用于監測人體某一部分的內部結構，如肺功能和癌癥檢測等。

在過去的幾十年里， 隨著廉價電子產品、3D打印技術和開源生物電阻抗斷層成像圖像庫的出現和發展，使得更多領域的人也可以便捷地將電阻抗斷層成像設備應用于觸覺感知、手勢識別，在健康領域則多應用到運動醫學和家庭護理當中，這些場景展現了低成本開發電阻抗斷層成像設備的市場潛力。

但對于目前來說，設計可穿戴設備仍然是一個挑戰：由于每個人的肌肉和骨骼都存在著細微差別，能夠私人定制可穿戴設備使之與個體肌肉相匹配，是一大挑戰。

近期，麻省理工學院計算機科學和人工智能實驗室發布了一款新的工具包，能夠讓用戶自主設計出可以檢測肌肉運動的健康感應設備，降低了設計和制造可穿戴設備的門檻。該論文最終發表在計算機人機交互領域國際頂級會議ACM UIST 2021上。

該工具包（EIT-kit）是一種電阻抗斷層掃描工具包 ，可在EIT設備開發的不同階段為用戶提供支持。該工具包包括：（1）3 D編輯器，用于自定義監測成像的設定以及電極分布設置;（2）全新設計的EIT傳感主板， 支持不同的測量設置，并提供可調節的交流注入電流以提高信號質量;（3）自動校準信號并促進數據收集的微控制器庫;（4）支持移動設備的圖像重建庫，用以在手機等設備上可視化數據。

“EIT-kit”3D編輯器允許用戶輸入EIT設備參數并將其導出到3D打印機進行組裝。項目主要研究者，MIT CSAIL博士候選人朱均逸稱。

通過使用電阻抗斷層成像，由該工具包制成的設備可以測量內部傳導率，以判斷肌肉是否被激活或放松。大多數可穿戴設備只能感知運動，而生物電阻抗斷層成像設備可以感知實際的肌肉活動。該團隊構建了一個原型，可以感知受試者大腿的肌肉拉傷和張力，讓他們能夠監測受傷后的肌肉恢復情況。文章中他們還展示了其他用途，如手勢識別、分心駕駛監測等。

目前，該團隊正在與哈佛醫學院以及麻省總醫院合作使用這些設備，幫助患者進行康復訓練。

朱均逸表示，其科研目標、標是開發快速功能原型技術和新型傳感技術并應用于個人健康領域。“我相信在未來，每個人都可以根據自己的體型和需求私人定制能夠進行健康監測和交互傳感的設備。”