一种生物阻抗测量系统技术方案

本发明专利技术涉及一种生物阻抗测量系统，模拟前端模块用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将激励电流信号加载到待测生物体处，并将激励电流信号流经待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；数字算法实现模块用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为数字压降信号对应的频率和相位信息；数据传输控制模块，用于将数字算法实现模块输出的数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机。本发明专利技术实施例的生物阻抗测量系统可以满足不同的测量精度，使用者可以根据自己的实际测量需求，选择不同的测量模式，从而得到最有效的测量结果，且可以对人体成分进行分析、人体器官进行建模。

A Bioimpedance Measurement System

The invention relates to a bioimpedance measurement system, in which the analog front-end module is used to convert the sinusoidal digital code or the second excitation voltage signal into the excitation current signal, load the excitation current signal to the organism under test, and convert the analog pressure drop signal generated by the excitation current signal flowing through the organism under test into the digital pressure drop signal; and the digital algorithm realization module is used to generate the sinusoidal number. The digital voltage drop signal output from analog front-end module is converted to the corresponding frequency and phase information of digital voltage drop signal, and the data transmission control module is used to transmit the corresponding frequency and phase information of digital voltage drop signal output from digital algorithm module to the upper computer. The bioimpedance measurement system according to the embodiment of the present invention can meet different measurement accuracy. Users can choose different measurement modes according to their actual measurement needs, thus obtaining the most effective measurement results, and can analyze human body composition and model human organs.

【技术实现步骤摘要】
一种生物阻抗测量系统
本专利技术属于生物阻抗
，具体涉及一种生物阻抗测量系统。
技术介绍
生物阻抗在一定程度上能反映人体水分、脂肪、蛋白质等成分，能够为减肥、肌肉训练提供科学的依据，在运动医学、康复医学等领域有着重要的作用，同时对各类人群的健康调查，营养状况评价及相关疾病诊断等都有非常广泛的应用空间。生物阻抗测量系统则可以通过测量待测生物体的电学参数，从而实现对人体成分和人体状态的检测。目前，生物阻抗测量系统可以分为单通道生物阻抗测量系统和多通道生物阻抗测量系统。单通道生物阻抗测量系统可以实现对人体成分的检测，从而实现对人体的健康状态进行实时检测；多通道生物阻抗测量系统可以实现对人体器官的建模，通过对人体器官建模可以对人体发生病变器官的状态进行实时监测，从而可以为治疗方案的调整提供依据。但是，上述生物阻抗测量系统的测量精度及其测量可靠性不能满足临床测量的需求，且其功耗、体积以及成本都相对较高，不利于生物阻抗测量系统的推广应用。
技术实现思路
为了解决现有技术中存在的上述问题，本专利技术提供了一种生物阻抗测量系统。本专利技术的一个实施例提供了一种生物阻抗测量系统，所述生物阻抗测量系统包括模拟前端模块、数字算法实现模块和数据传输控制模块，其中，模拟前端模块，用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将所述激励电流信号加载到待测生物体处，并将所述激励电流信号流经所述待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；数字算法实现模块，用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为所述数字压降信号对应的频率和相位信息；数据传输控制模块，用于将所述数字算法实现模块输出的所述数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机。在本专利技术的一个实施例中，所述数字算法实现模块包括直接数字频率合成器、数字delta-sigma调制器和伪随机序列产生器，其中，所述直接数字频率合成器，用于产生并行输出的正弦数字码；所述数字delta-sigma调制器，用于将并行输出的所述正弦数字码转换为串行输出的所述正弦数字码，并将串行输出的所述正弦数字码对应的第一激励电压信号传输至所述模拟前端模块；所述伪随机序列产生器，用于产生多频测量模式下的第二激励电压信号，并将所述第二激励电压信号传输至所述模拟前端模块。在本专利技术的一个实施例中，所述模拟前端模块包括模拟低通滤波器、howland电流源和模拟delta-sigma调制器，其中，所述模拟低通滤波器，用于对所述数字delta-sigma调制器输出的所述第一激励电压信号或所述伪随机序列产生器输出的所述第二激励电压信号进行滤波；所述howland电流源，用于将所述模拟低通滤波器输出的所述第一激励电压信号或所述第二激励电压信号转换为激励电流信号，并将激励电流信号加载到所述待测生物体处；所述模拟delta-sigma调制器用于将所述模拟压降信号转换为数字压降信号。在本专利技术的一个实施例中，所述模拟低通滤波器为LTC1569-7。在本专利技术的一个实施例中，所述howland电流源包括第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、第五电阻、第一运算放大器、NMOS管、第一电极、第二电极、第三电极和第四电极，其中，所述第一电阻串接于所述第一运算放大器的负输入端与接地端之间，所述第二电阻并接于所述第一运算放大器的负输入端与所述第一运算放大器的输出端之间，所述第三电阻和所述第四电阻依次串接于所述模拟低通滤波器和所述NMOS管的源极之间，所述第三电阻和所述第四电阻连接形成的节点连接至所述第一运算放大器的正输入端，所述第五电阻串接于所述第一运算放大器的输出端和所述NMOS管的源极之间，所述NMOS管的栅极连接至第一偏置电压，所述NMOS管的漏极连接至所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极和所述第四电极。在本专利技术的一个实施例中，所述NMOS管为BSS84。在本专利技术的一个实施例中，所述第一运算放大器为LT1632。在本专利技术的一个实施例中，所述数字算法实现模块还包括数字低通滤波器、CIC抽取滤波器和快速傅立叶变化模块，其中，所述数字低通滤波器，用于对所述模拟delta-sigma调制器输出的所述数字压降信号进行滤波；所述CIC抽取滤波器(级联积分梳妆滤波器)，用于降低所述数字低通滤波器滤波后的所述数字压降信号传输的速率，并对所述数字低通滤波器滤波后的所述数字压降信号进行滤波。所述快速傅立叶变化模块，用于对所述CIC抽取滤波器滤波后的所述数字压降信号进行快速傅立叶变化，得到所述数字压降信号对应的频率和相位信息。在本专利技术的一个实施例中，所述模拟delta-sigma调制器包括第六电阻、第七电阻、第八电阻、第九电阻、第一电容、第二电容、第一积分器、第二积分器、第一D触发器、第二D触发器和仪表放大电路，其中，所述第六电阻串接于所述仪表放大电路与所述第一积分器的负输入端之间，所述第七电阻串接于所述第一D触发器的QB输入端和所述第一积分器的负输入端之间，所述第八电阻串接于所述第一积分器的输出端与所述第二积分器的负输入端之间，所述第九电阻串接于所述第一D触发器的Q输入端与所述第二积分器的负输入端之间，所述第一电容并接于所述第一积分器的负输入端与所述第一积分器的输出端之间，所述第二电容并接于所述第二积分器的负输入端与所述第二积分器的输出端之间，所述第一积分器的正输入端和所述第二积分器的正输入端均连接至直流第一偏置电压，所述第一D触发器的D输出端连接至所述第二D触发器的Q输入端，所述第一D触发器的CLK输出端和所述第二D触发器的CLK输出端连接至时钟信号，所述第二D触发器的D输出端连接至所述第二积分器的输出端。在本专利技术的一个实施例中，所述仪表放大电路包括第十电阻、第十一电阻、第十二电阻、第十三电阻、第十四电阻、第十五电阻、第十六电阻、第二运算放大器、第三运算放大器和第四运算放大器，其中，所述第十电阻和所述第十五电阻依次串接于所述第二运算放大器的输出端和所述第四运算放大器的输出端之间，所述第十一电阻、所述第十二电阻和所述第十三电阻依次串接于所述第二运算放大器的输出端和所述第三运算放大器的输出端之间，所述第十四电阻和所述第十六电阻依次串接于所述第三运算放大器与第二偏置电压之间，所述第二运算放大器的负输入端连接至所述第十一电阻和所述第十二电阻连接形成的节点处，所述第三运算放大器的负输入端连接至所述第十二电阻和所述第十三电阻连接形成的节点处，所述第三运算放大器的正输入端连接至接地端，所述第四运算放大器的负输入端连接至所述第十电阻和所述第十五电阻连接形成的节点处，所述第四运算放大器的正输入端连接至所述第十四电阻和所述第十六电阻连接形成的节点处，所述第四运算放大器的输出端还连接至所述第六电阻。与现有技术相比，本专利技术的有益效果：本专利技术实施例的生物阻抗测量系统可以满足不同的测量精度，使用者可以根据自己的实际测量需求，选择不同的测量模式，从而得到最有效的测量结果，且可以对人体成分进行分析、人体器官进行建模。附图说明图1为本专利技术实施例提供的一种生物阻抗测量系统结构示意图；图2为本专利技术实施例提供的一种生物阻抗测量系统的电路结构示意图；图3为本专利技术实施例提供的一种howland电流源的电路结构示意图；图4为本专利技术实施例提供的一种本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种生物阻抗测量系统，其特征在于，所述生物阻抗测量系统包括模拟前端模块、数字算法实现模块和数据传输控制模块，其中，模拟前端模块，用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将所述激励电流信号加载到待测生物体处，并将所述激励电流信号流经所述待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；数字算法实现模块，用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为所述数字压降信号对应的频率和相位信息；数据传输控制模块，用于将所述数字算法实现模块输出的所述数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机。

【技术特征摘要】
1.一种生物阻抗测量系统，其特征在于，所述生物阻抗测量系统包括模拟前端模块、数字算法实现模块和数据传输控制模块，其中，模拟前端模块，用于将正弦数字码或第二激励电压信号转换为激励电流信号，将所述激励电流信号加载到待测生物体处，并将所述激励电流信号流经所述待测生物体所产生的模拟压降信号转换为数字压降信号；数字算法实现模块，用于产生正弦数字码或第二激励电压信号，并将模拟前端模块输出的数字压降信号转换为所述数字压降信号对应的频率和相位信息；数据传输控制模块，用于将所述数字算法实现模块输出的所述数字压降信号对应的频率和相位信息传输至上位机。2.如权利要求1所述的测量系统，其特征在于，所述数字算法实现模块包括直接数字频率合成器、数字delta-sigma调制器和伪随机序列产生器，其中，所述直接数字频率合成器，用于产生并行输出的正弦数字码；所述数字delta-sigma调制器，用于将并行输出的所述正弦数字码转换为串行输出的所述正弦数字码，并将串行输出的所述正弦数字码对应的第一激励电压信号传输至所述模拟前端模块；所述伪随机序列产生器，用于产生多频测量模式下的第二激励电压信号，并将所述第二激励电压信号传输至所述模拟前端模块。3.如权利要求2所述的测量系统，其特征在于，所述模拟前端模块包括模拟低通滤波器、howland电流源和模拟delta-sigma调制器，其中，所述模拟低通滤波器，用于对所述数字delta-sigma调制器输出的所述第一激励电压信号或所述伪随机序列产生器输出的所述第二激励电压信号进行滤波；所述howland电流源，用于将所述模拟低通滤波器输出的所述第一激励电压信号或所述第二激励电压信号转换为激励电流信号，并将激励电流信号加载到所述待测生物体处；所述模拟delta-sigma调制器用于将所述模拟压降信号转换为数字压降信号。4.如权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述模拟低通滤波器为LTC1569-7。5.如权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述howland电流源包括第一电阻(R1)、第二电阻(R2)、第三电阻(R3)、第四电阻(R4)、第五电阻(R5)、第一运算放大器(OP1)、NMOS管(P1)、第一电极(E1)、第二电极(E2)、第三电极(E3)和第四电极(E4)，其中，所述第一电阻(R1)串接于所述第一运算放大器(OP1)的负输入端(Vinn)与接地端(GND)之间，所述第二电阻(R2)并接于所述第一运算放大器(OP1)的负输入端(Vinn)与所述第一运算放大器(OP1)的输出端之间，所述第三电阻(R3)和所述第四电阻(R4)依次串接于所述模拟低通滤波器和所述NMOS管(P1)的源极之间，所述第三电阻(R3)和所述第四电阻(R4)连接形成的节点连接至所述第一运算放大器(OP1)的正输入端(Vinp)，所述第五电阻(R5)串接于所述第一运算放大器(OP1)的输出端和所述NMOS管(P1)的源极之间，所述NMOS管(P1)的栅极连接至第一偏置电压，所述NMOS管(P1)的漏极连接至所述第一电极(E1)、所述第二电极(E2)、所述第三电极(E3)和所述第四电极(E4)。6.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述NMOS管(P1)为BSS84。7.如权利要求4所述的测量系统，其特征在于，所述第一运算放大器(OP1)为LT1632。8.如权利要求3所述的测量系统，其特征在于，所述数字算法实现模块还包括数字低通滤波器、CIC抽取滤波器和快速傅立叶变化模块，其中，所述数字低通滤波器，用于对所述模拟delta-...

【专利技术属性】
技术研发人员：应思宇，李栋，朱樟明，刘马良，马瑞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西,61