一種生物組織多頻率阻抗測量裝置的製作方法

2023-05-26 15:26:16 1

專利名稱：一種生物組織多頻率阻抗測量裝置的製作方法
技術領域：
本實用新型屬於生物檢測技術領域，具體涉及一種生物組織多頻率阻抗測量裝置。
背景技術：
通過測量生物阻抗譜提取組織阻抗模型參數，實現連續實時監測人體生理功能狀態和檢測病理事件，對醫學臨床診斷將會具有非常廣泛的應用前景。例如長期靜坐狀態下，下肢彎曲不動等導致下肢組織血流不暢，腿部供血不足，被測部位低電阻率細胞減少，等效組織內液電阻率Ri明顯增加，而組織外液電阻率Re影響較小。模型參數提供定量數據，電阻抗的模型參數是一項定量地區分組織處於不同生理狀態下的重要指標。應用於評估工作負荷條件下人體下肢組織生理變化及其對工作效率的影響。還可用於臨床病理診斷，例如肌肉萎縮，局部癌變等。
生物電阻抗測量是一種無創性測量方法，存在廣闊的臨床應用前景。目前它分為普通生物電阻抗和生物電阻抗譜測量兩種方法。
(一)普通生物阻抗測量是將人體組織看作簡單等效電阻完成測量，這種方法簡單，獲取信息少和臨床使用局限性大。例如現有的阻抗血流圖，阻抗心輸出量等。
(二)生物組織電阻抗譜是採用多頻率阻抗測量，建立組織RC網絡模型的測量方法，其等效模型參數Ri、Re、Cm和α描述組織細胞內、外電阻、細胞膜電容和組織頻散係數的電學特性。採用組織阻抗模型的優點是測量更精確，獲取的生物組織信息更全面，臨床診斷價值大。
人體組織的電學特性可由阻抗模型描述，不同於單個電阻模型，採用由細胞內液電阻(Ri)、細胞外液(Re)電阻和膜上電容(Cm)組成的多參數生物阻抗模型。如圖1所示。人體的工作狀態、生理功能的改變，引起組織中不同成份阻抗特性發生較大改變。
通過測量系統可以得到所測部位組織阻抗的頻率特性，包括幅頻特性和相頻特性，幅頻特性是不同頻率下的阻抗幅值，即圖2中ρi，相頻特性是不同頻率下的阻抗相位角，即圖2中θi，(i為某一頻率點，例如取i＝1-20，20個點)。組織阻抗的頻率特性在復坐標上描繪出點軌跡，理論上可視為一段圓弧。根據點軌跡確定圓弧的圓心和半徑，即由Cole-Cole阻抗方程來描述Z=R+R0-R1+(j)----(1)]]>式中τ＝(Ri+Re)Cm，R0＝Re，R∞＝Ri//Re，Z為複平面第4象限的一段圓弧。如圖2所示。Cole-Cole阻抗方程中特徵參數τ代表時間常數，R0代表頻率為0時的阻抗值，R∞代表頻率無窮大時的阻抗值，α為鬆弛因子，一般在0～1之間取值。
實際應用中由於測量頻率有限，必須根據有限測量數據依靠算法求取生物組織的阻抗模型參數。現有算法存在明顯缺點，例如有的用三個頻率點近似計算血液電阻抗模型，這種近似計算的精度低，誤差大。國外學者採用最小二乘圓擬合法提取離體組織模型的特徵參數等，但是存在迭代次數大(需幾百或上千次迭代計算)，擬合精度不高和初始值選取影響迭代收斂性，導致運算速度慢。利用這種算法進行測量的缺點是速度慢、精度低。
現有的生物阻抗測量儀大都採用簡單的電阻模型，例如臨床採用的無創阻抗法心輸出量測量儀器等，使用局限性大，只能用於人體特定部位。生物組織多頻阻抗測量儀器目前還沒有實用化儀器。另外已有的處於研製實驗階段的儀器設計方案較複雜，性能簡單，採用的算法和實現的功能十分簡單，成本高。且不具備阻抗模型參數提取分析功能。不能長時間在體監測生物體阻抗模型參數等(參見發明專利CN1312052A，由單片集成電路構成的生物阻抗測量裝置，
公開日2001年9月12日)。

發明內容
本實用新型的目的在於提供一種生物組織多頻率阻抗測量方法，該方法具有計算速度快，測量精度高的特點。本實用新型還提供了實現該方法的測量裝置，該裝置具有結構簡單、性價比高、使用方便等特點。
本實用新型提供的一種生物組織多頻率阻抗測量裝置，包括數據採集部分和數據處理部分，由DC/DC直流變換器為二部分提供隔離電源，其特徵在於，
所述數據採集部分的結構為數據採集單片機用於完成數據採樣，存儲和串行數據發送，並控制直接數字頻率合成器產生各種需要的頻率；直接數字頻率合成器與單片機相連，用於產生不同頻率、幅度恆定的正弦電壓信號，分二路傳送給壓控恆流源和第二寬頻帶放大器；壓控恆流源與直接數字頻率合成器相連，用於將所述正弦電壓信號轉換為正弦恆定電流信號；電流電極與壓控恆流源相連，用於將正弦恆定電流信號加到人體組織待測部位；測量電極用於提取出生物組織所產生的與組織特性相關的正弦電壓信號Ui，並依次傳送給第一寬頻帶放大器和第一濾波器，第一寬頻帶放大器和第一濾波器將正弦電壓信號Ui放大、濾波後分二路傳送給鑑幅器和整形和鑑相器；鑑幅器用於將生物電阻抗的不同頻率的幅值信息轉換為電平大小，傳送給單片機中的一路A/D轉換器，轉換成數位訊號後將阻抗幅度傳送給所述數據處理部分；第二寬頻帶放大器將輸入的正弦電壓信號Ur放大後傳送給第二濾波器，濾波後也傳送給整形和鑑相器；該第二寬頻帶放大器及第二濾波器與第一寬頻帶放大器和第一濾波器保持同步放大和濾波；整形和鑑相器由整形器和鑑相器構成，整形器用於將接收的信號整形成為方波，鑑相器用於相位檢測，被測組織的相位信息相對於不變的參考信號通過鑑相器得到相位信息的大小，該相位信息被送入單片機中的另一路AD轉換器，轉換成數位訊號後將相位值傳送給所述數據處理部分；所述數據處理部分為PC機，它通過隔離串行接口與單片機相連，用於對採樣的阻抗幅度和相位值進行分析計算，得到電阻抗模型參數Ri、Re、Cm和α。
本實用新型是一種實用的測量裝置，它採用單片機與PC機的雙CPU結構，以及數字頻率合成技術等，具有成本低，結構簡單，自動分析功能強等特點，便於直接開展產品的設計和開發工作。本實用新型實現了快速、精確地提取阻抗模型參數Ri、Re、Cm和α的目標。


圖1為組織的電阻抗模型示意圖；圖2為Cole-Cole阻抗圖；圖3為生物組織多頻率阻抗測量裝置的結構示意圖；圖4為線性變換迭代擬合法程序框圖；圖5為AD7008與ADuC812的接口電路圖；圖6為電極安放位置示意圖；圖7為同步對稱結構放大器；圖8為前置級電路原理圖；圖9為鑑幅器電路圖；圖10為分析軟體，界面和人體組織實測結果示意圖。
具體實施方式
測量裝置由兩部分組成，如圖3所示，其中虛線框內為以數據採集單片機為主的數據採集部分，虛線框外為基於PC機的數據處理部分。由於測量裝置直接作用於受試者，必須進行隔離處理。隔離包含信號隔離和電源隔離，電源隔離採用DC/DC直流變換器實現，信號隔離則採用光電耦合器的數字隔離方式。在PC機與數據採集單片機之間的串行接口的輸入輸出端各加入兩個光電耦合器實現數字隔離，全部數據採集單片機和處理電路部分隔離成浮地狀態。採用數字隔離方法的優點是消除模擬隔離的非線性誤差，提高測量精度。另一優點是安全可靠，不降低模擬信號的線性度，又能提高放大器的共模抑制比，增強系統抗幹擾能力。
以下分別介紹其它組成部分(一)、數據採集部分(1)數據採集單片機13數據採集單片機13用於完成數據採樣，存儲和串行數據發送，並控制直接數字頻率合成器6產生各種需要的頻率。本實用新型選用了內含二路A/D轉換器的單片機，可以直接依靠軟體完成數據採集任務，本實施例選用的是ADuC812單片機。
(2)直接數字頻率合成器6由數據採集單片機13控制直接數字頻率合成器DDS(direct digital frequency synthesis，)產生不同頻率(例如對500Hz～200kHz頻率內12個頻率點的自動切換)，幅度恆定的正弦電壓信號。採用數字頻率合成器的優點是通過單片機控制可以直接方便地產生任意頻率、頻率穩定性好，轉換時間短(可小於20ns)，頻率解析度高，改變幅度容易，使用靈活方便。本實施例選用DDS AD7008。單片機ADuC812控制直接數字頻率合成器DDS AD7008實現了數位化的頻率產生。AD7008是高集成度數字頻率合成器。AD7008內部主要由參考頻率源、相位累加器、正弦波採樣ROM、數模轉換器及低通濾波器構成。AD7008的接口控制簡單，可用8位或16位並行口或串行口直接輸入頻率、相位以及幅度等控制字。AD7008與ADuC812的接口電路如圖5所示。32位頻率控制字在6MHz時鐘的輸出頻率解析度可達0.0014Hz，最大輸出頻率可達1MHz。
(3)壓控恆流源5它將直接數字頻率合成器6產生的正弦電壓信號轉換為正弦恆定電流信號。壓控恆流源既可以採用集成器件也可以採用運算放大器設計，只要能完成這一功能即可。
(4)電極1-4本實用新型採用四個Ag/AgCl平板電極，其中電極1，4為兩個電流電極，通過兩個電流電極將閾下刺激幅度的恆定正弦電流(正弦電流的峰值為100uA)加到人體組織部位。電極2，3為兩個測量電極，又稱電壓電極，用於提取出生物組織所產生的與組織特性相關的正弦電壓信號。
本實施例四個電極採用面積較大的平板電極，這樣可使測量部分電場變化均勻。電流電極放在外側，測量電極放在內側。如圖6所示。測下肢的阻抗時，兩個電壓電極(測量電極)間距為7cm，電流電極與電壓電極間距為2cm，第一個電流電極距膝關節下2cm。
本測量裝置對於放大器電路頻率特性要求非常嚴格，這樣才能在較寬頻率範圍內實現測量。為避免提高成本，我們採用兩路同步對稱結構設計方法。如圖7所示。一路是電壓測量放大級，另一路是參考信號放大級。對稱結構優點是降低器件成本，同步補償相位誤差。這樣設計才可以採用價格相對較低的放大器如低噪聲寬帶運放OP37實現兩路信號的相位補償，提高測量相位的精度，降低電路成本。下面分別加以介紹(5)電壓測量放大級包括第一寬頻帶放大器7和第一濾波器8。寬頻帶放大器7用於生物電壓的放大，即將兩個電壓電極3、4的微弱組織電壓信號Ui進行放大和濾波。由於測量頻率範圍很寬，放大器必須採用高精度寬頻帶放大器，但是為了降低電路成本，本實用新型採用低噪聲寬帶運放OP37設計，價格相對較低。所用前置寬帶放大器的電路如圖8所示。前置級電路中A1、A2與A3構成並聯平衡對稱差動三運放低噪聲電路，其中A1、A2選用高共模抑制比且對稱性良好的的集成運算放大器TL084組成，A3選用具有超低噪聲特性( rms)、高共模抑制比(120dB)的集成運算放大器OP-37組成，並且前置級採用了共模屏蔽驅動電路，提高放大器的共模抑制比。該電路處於隔離部分，浮地工作方式進一步提高共模抑制比。合理選擇電路參數實現寬頻帶前置級放大要求，而且保持價格低的特點。寬帶放大器的要求是高輸入阻抗、良好的幅頻和相頻特性、低漂移、低噪聲、頻帶寬、抗幹擾能力強等。濾波器8是普通二階低通濾波器，可以採用運算放大器設計，主要目的是減少高頻幹擾。
(6)鑑幅器9用於將生物電阻抗的不同頻率的幅值信息轉換為電平大小。普通鑑幅器需要採用RC電路，RC電路必須具備放電功能以便加快工作，放電控制由計算機完成，但是結構複雜，性能達不到要求，所以本實施例設計一種具有自動放電和跟隨功能的鑑幅器電路，實現快速和穩定工作，提高了測量精度。鑑幅器的幅值電平信息被送入ADuC812內含的一路AD轉換器。鑑幅器電路原理圖如圖9所示。圖中U1A，D1，D2組成精密整流電路，U1B為射極跟隨器，電容C1為積分電容，本實施例加入電阻R2是為積分電路提高放電通路，該鑑幅器不需要放電開關實現了自動放電，使幅度檢測能夠連續自動進行。實現快速和穩定工作，提高測量精度。
(7)參考信號放大電路由第二寬頻帶放大器10和第二濾波器11組成。用於對參考信號進行同步對稱放大，從信號源(即直接數字頻率合成器6)得到參考正弦電壓信號Ur，將參考信號與測量電壓信號保持同步放大濾波，即保持和組織的信號Ui相同的放大和濾波。目的是減少相位誤差。提高相位測量的精度。
(8)整形和鑑相器12如圖7所示，電壓測量放大級和參考信號放大級兩路信號首先被整形成為方波，然後送入鑑相器完成相位檢測。被測組織的相位信息相對於不變的參考信號通過鑑相器得到相位信息的大小。相位信息被送入ADuC812內含的另一路AD轉換器採樣。其中整形電路可以採用高速比較器LM319實現，而鑑相器可以採用集成鎖相環CD4046實現。
(二)數據處理部分數據處理部分為裝有前面所述程序的PC機15，它通過隔離串行接口14與單片機13相連。
(1)採用PC機15對採樣的組織幅頻和相頻值進行分析計算，繪出阻抗圓圖及頻率特性曲線，並利用線性變換迭代式擬合法提取電阻抗模型參數Ri、Re、Cm和α，實現阻抗模型參數的連續自動分析。其處理流程圖如圖4所示，本實施例採用軟體Matlab進行算法和繪圖設計。下面對處理流程及測量方法加以進一步詳細的說明。
線性變換迭代最小二乘擬合法是將擬合圓坐標線性變換和迭代擬合相結合的方法，其原理是圓度誤差反映了實際圓與理想圓的徑向偏離程度，經典的圓度誤差評定的計算方法是最小二乘擬合法，其數學模型表達了在確定最小二乘圓心坐標(x0，y0)時，使半徑誤差平方和為最小這一基本思想。即模型1F(x0,y0,r)=i=1ni2=i=1n[(xi-x0)2+(yi-y0)2-r]2----(2)]]>對F(x0，y0，r)求偏導並令其等於0。但出現變量(x0，y0，r)的非線性函數，直接求解比較困難。
實際在圓度誤差評定中，如果滿足(a)x0，y0之值極小，即所謂「小偏差假設」；(b)圓度誤差和其半徑相比是微量，稱為小誤差情況。小誤差情況可用另一種圓模型表示，即模型2F1(x0,y0,r)=i=1ni2=i=1n[i-x0cosi-y0sini-r]2----(3)]]>對F1(x0，y0，r)求偏導並令其等於0，得到可表示為矩陣形式的方程(ATA)X＝ATB (4)公式(4)中各個變量分別為X=x0y0r,]]>B=12N,]]>A=cos1sin11cos2sin21cosnsinn1]]>i=xi2+yi2,]]>cosi=xii,]]>sini=yii,----i=1,n]]>式(4)的唯一解為X＝(ATA)-1(ATB)即
x0y0r=i=1ncos2ii=1nsinicosii=1ncosii=1nsinicosii=1nsin2ii=1nsinii=1ncosii=1nsinin-1i=1ncosiii=1nsiniii=1ni----(5)]]>在滿足小偏差假設下，精確解(5)可認為是式(2)的優化解。根據以上分析，得出以最小二乘法簡化的線性迭代運算來逼近精確圓優化解的算法。它通過坐標系原點的線性變換，求出式(5)在新的坐標系下的精確解，隨著迭代次數的增加，精確解也必為式(2)的優化解。這就是線性變換迭代最小二乘擬合法的原理。利用這一理論，採用軟體實現程序設計。對收斂判別係數，迭代次數賦初值，進行坐標變換完成求解，再通過收斂判別最後輸出優化解。
由以上計算的x0，y0和r，再按如下公式計算Cole-Cole阻抗方程模型參數R0，R∞，α和τR0=x0+r2-y02----(6)]]>R=x0-r2-y02----(7)]]>=1-2arcsin(|y0|r)----(8)]]>推導得=(R0-Zi(i)Zi(i)-R)1ji----(9)]]>其中Zi(ωi)代表在fi頻率下圓弧軌跡上的復阻抗，ωi＝2πfi。由於測量所帶來的噪聲，實測點往往分布在軌跡的兩側，這將會給計算引入誤差，因此我們採用平均的辦法來減小誤差，即把由N個數據點所計算出的N個時間常數τ相加平均得到，復阻抗Z是如圖2所示曲線，參數τ是一實數，有=1Ni=1n|(R0-Zi(i)Z1(i)-R)1ji|----(10)]]>最後，確定阻抗模型參數Ri、Re和Cm如下
Re＝R0(11)Ri=R0RR0-R----(12)]]>Cm＝τ/(Ri+Re)(13)其測量方法如下①儀器定標使用前採用提供的標準電阻和電容網絡進行定標。以確定電壓大小與電阻抗值的轉換關係；②對變量賦初值由儀器讀入各頻率點的電壓幅度和相位的數值，按照定標的關係轉換為相應阻抗幅度和相位值，根據電阻抗幅度和相位的數值，計算初始坐標值，計算圓心初值；③按公式(1)～(11)進行計算。
編製程序的步驟如下(1)初始化給出判別收斂條件e的值，迭代次數k＝0；(2)輸入N次測量得到的阻抗幅度和相位值，計算初始坐標值，對圓心坐標x0，y0賦初值；(3)坐標變換如前面所述，進行坐標變換；(4)根據式(5)計算模型2的精確解(x0k+1，y0k+1，rk+1)T；(5)判斷收斂條件上述解大於e否？(6)如果大於e，繼續進行坐標變換，再一次計算模型2的精確解。並使k＝k+1；(7)判定k是否大於50，如果是則本次計算無效。反之則返回(5)繼續上述過程，直至滿足收斂條件解小於e；(8)輸出優化的解和迭代次數；(9)將優化的解用於計算模型參數Ri、Re、Cm和α，並繪出擬合的阻抗圓圖。計算按照公式(6)～(13)進行；(10)結束程序運行。
(2)整個裝置的兩大部分需要實現隔離，PC機與單片機之間需要使用隔離串行接口進行隔離傳輸。如採用二個光電耦合器對RS232的數據串行口進行隔離，以實現數字隔離。
進行測量時，採用研製的儀器，選定測量部位和描述的生物學內容，即醫學價值和生理學內容，通常和醫生共同制定。例如某部位由血管組成，測量目的是血管變化情況。
本實用新型整個裝置結構簡單，使用方便。採用數字隔離技術，對於人體電信號測量安全，可靠。對生物電信號提取部分採用浮地技術，既實現人體與電氣的隔離，又提高測量精度和穩定性。並且，本實用新型還具有尺寸小、電路結構簡單、成本低廉等優點。PC機部分主要為軟體功能，為使用戶方便，設計系統的界面如圖10所示。所設計的系統分析軟體具有友好的界面，可輸入受試者個人基本信息，可輸入數據，進行定標並按上述擬合算法自動提取電阻抗模型參數Ri、Re、Cm和α。繪出阻抗圓圖及頻率特性曲線。系統的界面和人體組織阻抗實測結果如圖10所示。圖中「*」為人體實測數據，實線為擬合曲線。上面為擬合曲線，下面為計算的參數值。可以看出測量具有較高的擬合精度。
使用步驟(1)測量採用研製的生物阻抗多頻率測量儀器，選定確定的組織測量部位和具有生物生理學的意義，即有確切的醫學臨床診斷價值和生理學研究價值，通常應和醫生共同制定測量方案。例如某部位由血管組成，測量目的是血管的變化情況等。
(2)安放電極採用四個Ag/AgCl電極，確定電極間距，並保持固定不變，每次測量條件和環境保持不變。對皮膚表面進行處理，保證電極和人體低電阻接觸。
(3)啟動研製的組織多頻阻抗測量系統進入自動測量工作，進行數據採集和存儲，改變頻率反覆完成數據採集和存儲，達到預定的數據後進行阻抗參數的自動分析計算，測量和分析工作均按友好的軟體界面的提示進行。
(4)定標和選擇檔位測量前先用所提供的標準電阻電容組成的網絡進行定標，確定測量範圍和選擇相應的測量檔位。同時定標後可以將測量電壓大小轉換為阻抗值。
(5)測量的數據從測量儀器獲取的是不同頻率的幅頻特性和相頻特性。測量數據會自動保存。
(6)自動計算的結果可以繪製組織阻抗的擬合曲線和給出測量的各個參數值Ri、Re、Cm和α。
(7)繪製連續測量的幅頻特性和相頻特性的曲線圖。
採用本實用新型裝置已完成的實驗結果如下(1)首先用Matlab數據仿真來驗證算法精度。運算結果殘餘誤差平方和ei2非常小(10-9數量級)。同時誤差小於10-9的循環迭代次數僅5次。這是這個算法的理論精度。
(2)然後以實際模擬RC網絡為標準，測試和評估所設計的系統的軟、硬體性能。結果表明該測量系統具有較高的擬合準確度(相對誤差＜±5％)和精密度(標準差＜±1％)。
(3)對20位健康受試者反覆實際測試，均能獲得穩定的結果，每次測量具有較好的重複性。
(4)上肢缺血實驗前臂組織在模擬缺血狀態下(用血壓袖帶阻斷血管方法)的電阻抗模型參數產生不同的變化，缺血後Ri顯著上升，Re稍微上升，組織膜電容Cm稍微下降。
(5)下肢缺血實驗長時間靜坐條件下，下肢組織阻抗參數Ri隨時間延長、表明隨工作負荷加重而增加。Re和Cm變化不顯著。
(6)大鼠死亡時間和阻抗變化相關性研究取得明確的結果。研究目的是為法醫和公安系統驗屍斷案提供科學依據。
總之本測量裝置特點鮮明，結構簡單，體積小、大大降低成本和提高性價比。硬體方面的一些關鍵技術保證系統的可靠穩定工作，設計了一套能方便、實用、快速、準確、自動地測量在體生物組織電阻抗幅度和相位的測量系統。能夠快速、精確的測量在體生物電阻抗模型參數，並應用於監測隨時間延長工作負荷加重時生物組織缺血狀況等多種應用場合。
權利要求1.一種生物組織多頻率阻抗測量裝置，包括數據採集部分和數據處理部分，由DC/DC直流變換器為二部分提供隔離電源，其特徵在於，所述數據採集部分的結構為數據採集單片機(13)用於完成數據採樣，存儲和串行數據發送，並控制直接數字頻率合成器(6)產生各種需要的頻率；直接數字頻率合成器(6)與單片機(13)相連，用於產生不同頻率、幅度恆定的正弦電壓信號，分二路傳送給壓控恆流源(5)和第二寬頻帶放大器(10)；壓控恆流源(5)與直接數字頻率合成器(6)相連，用於將所述正弦電壓信號轉換為正弦恆定電流信號；電流電極(1、4)與壓控恆流源(5)相連，用於將正弦恆定電流信號加到人體組織待測部位；測量電極(3、4)用於提取出生物組織所產生的與組織特性相關的正弦電壓信號(Ui)，並依次傳送給第一寬頻帶放大器(7)和第一濾波器(8)，第一寬頻帶放大器(7)和第一濾波器(8)將正弦電壓信號(Ui)放大、濾波後分二路傳送給鑑幅器(9)和整形和鑑相器(12)；鑑幅器(9)用於將生物電阻抗的不同頻率的幅值信息轉換為電平大小，傳送給單片機(13)中的一路A/D轉換器，轉換成數位訊號後將阻抗幅度傳送給所述數據處理部分；第二寬頻帶放大器(10)將輸入的正弦電壓信號(Ur)放大後傳送給第二濾波器(11)，濾波後也傳送給整形和鑑相器(12)；該第二寬頻帶放大器(10)及第二濾波器(11)與第一寬頻帶放大器(7)和第一濾波器(8)保持同步放大和濾波；整形和鑑相器(12)由整形器和鑑相器構成，整形器用於將接收的信號整形成為方波，鑑相器用於相位檢測，被測組織的相位信息相對於不變的參考信號通過鑑相器得到相位信息的大小，該相位信息被送入單片機(13)中的另一路AD轉換器，轉換成數位訊號後將相位值傳送給所述數據處理部分；所述數據處理部分為PC機，它通過隔離串行接口(14)與單片機(13)相連，用於對採樣的阻抗幅度和相位值進行分析計算，得到電阻抗模型參數Ri、Re、Cm和α。
2.根據權利要求1所述的測量裝置，其特徵在於數據採集單片機(13)的型號選用AduC812單片機，直接數字頻率合成器(6)選用DDS AD7008。
3.根據權利要求1或2所述的測量裝置，其特徵在於放大器(7、10)採用並聯平衡對稱差動三運放低噪聲電路實現，包括二個集成運算放大器TL084和一個集成運算放大器OP-37。
4.根據權利要求1或2所述的測量裝置，其特徵在於濾波器(8、11)採用二階低通濾波器實現。
5.根據權利要求1或2所述的測量裝置，其特徵在於整形和鑑相器的(12)中的整形電路採用高速比較器LM319實現，鑑相器採用集成鎖相環CD4046實現。
6.根據權利要求4所述的測量裝置，其特徵在於整形和鑑相器的(12)中的整形電路採用高速比較器LM319實現，鑑相器採用集成鎖相環CD4046實現。
專利摘要本實用新型公開了一種生物組織多頻率阻抗測量裝置。該裝置包括數據採集單片機、直接數字頻率合成器、壓控恆流源、電流電極、電壓測量及參考信號的放大和濾波電路，鑑幅器、整形和鑑相器、PC機，以及隔離串行接口。本實用新型首次將線性變換迭代擬合法應用於生物組織阻抗模型參數的提取，可以僅用有限頻率完成阻抗譜的精確擬合。本實用新型採用單片機與PC機的雙CPU結構，以及數字頻率合成技術等，具有成本低，結構簡單，自動分析功能強等特點，便於直接開展產品的設計和開發工作。本實用新型實現了快速、精確地提取阻抗模型參數Ri、Re、Cm和α的目標。
文檔編號G01N27/02GK2705789SQ20032011591
公開日2005年6月22日 申請日期2003年11月18日 優先權日2003年11月18日
發明者楊玉星, 袁世英, 周黎明 申請人:華中科技大學