一种生物组织多频率阻抗测量装置，包括数据采集部分和数据处理部分，由ＤＣ／ＤＣ直流变换器为二部分提供隔离电源，其特征在于， 所述数据采集部分的结构为： 数据采集单片机（１３）用于完成数据采样，存储和串行数据发送，并控制直接数字频率合成器（６）产生各种需要的频率； 直接数字频率合成器（６）与单片机（１３）相连，用于产生不同频率、幅度恒定的正弦电压信号，分二路传送给压控恒流源（５）和第二宽频带放大器（１０）； 压控恒流源（５）与直接数字频率合成器（６）相连，用于将所述正弦电压信号转换为正弦恒定电流信号； 电流电极（１、４）与压控恒流源（５）相连，用于将正弦恒定电流信号加到人体组织待测部位； 测量电极（３、４）用于提取出生物组织所产生的与组织特性相关的正弦电压信号（Ｕｉ），并依次传送给第一宽频带放大器（７）和第一滤波器（８）， 第一宽频带放大器（７）和第一滤波器（８）将正弦电压信号（Ｕｉ）放大、滤波后分二路传送给鉴幅器（９）和整形和鉴相器（１２）； 鉴幅器（９）用于将生物电阻抗的不同频率的幅值信息转换为电平大小，传送给单片机（１３）中的一路Ａ／Ｄ转换器，转换成数字信号后将阻抗幅度传送给所述数据处理部分； 第二宽频带放大器（１０）将输入的正弦电压信号（Ｕｒ）放大后传送给第二滤波器（１１），滤波后也传送给整形和鉴相器（１２）；该第二宽频带放大器（１０）及第二滤波器（１１）与第一宽频带放大器（７）和第一滤波器（８）保持同步放大和滤波； 整形和鉴相器（１２）由整形器和鉴相器构成，整形器用于将接收的信号整形成为方波，鉴相器用于相位检测，被测组织的相位信息相对于不变的参考信号通过鉴相器得到相位信息的大小，该相位信息被送入单片机（１３）中的另一路ＡＤ转换器，转换成数字信号后将相位值传送给所述数据处理部分； 所述数据处理部分为ＰＣ机，它通过隔离串行接口（１４）与单片机（１３）相连，用于对采样的阻抗幅度和相位值进行分析计算，得到电阻抗模型参数Ｒ↓［ｉ］、Ｒ↓［ｅ］、Ｃ↓［ｍ］和α。（*该技术在2013年保护过期，可自由使用*）
【技术实现步骤摘要】
本技术属于生物检测
，具体涉及一种生物组织多频率阻抗测量装置。
技术介绍
通过测量生物阻抗谱提取组织阻抗模型参数，实现连续实时监测人体生理功能状态和检测病理事件，对医学临床诊断将会具有非常广泛的应用前景。例如长期静坐状态下，下肢弯曲不动等导致下肢组织血流不畅，腿部供血不足，被测部位低电阻率细胞减少，等效组织内液电阻率Ri明显增加，而组织外液电阻率Re影响较小。模型参数提供定量数据，电阻抗的模型参数是一项定量地区分组织处于不同生理状态下的重要指标。应用于评估工作负荷条件下人体下肢组织生理变化及其对工作效率的影响。还可用于临床病理诊断，例如肌肉萎缩，局部癌变等。生物电阻抗测量是一种无创性测量方法，存在广阔的临床应用前景。目前它分为普通生物电阻抗和生物电阻抗谱测量两种方法。(一)普通生物阻抗测量是将人体组织看作简单等效电阻完成测量，这种方法简单，获取信息少和临床使用局限性大。例如现有的阻抗血流图，阻抗心输出量等。(二)生物组织电阻抗谱是采用多频率阻抗测量，建立组织RC网络模型的测量方法，其等效模型参数Ri、Re、Cm和α描述组织细胞内、外电阻、细胞膜电容和组织频散系数的电学特性。采用组织阻抗模型的优点是测量更精确，获取的生物组织信息更全面，临床诊断价值大。人体组织的电学特性可由阻抗模型描述，不同于单个电阻模型，采用由细胞内液电阻(Ri)、细胞外液(Re)电阻和膜上电容(Cm)组成的多参数生物阻抗模型。如图1所示。人体的工作状态、生理功能的改变，引起组织中不同成份阻抗特性发生较大改变。通过测量系统可以得到所测部位组织阻抗的频率特性，包括幅频特性和相频特性，幅频特性是不同频率下的阻抗幅值，即图2中ρi，相频特性是不同频率下的阻抗相位角，即图2中θi，(i为某一频率点，例如取i＝1-20，20个点)。组织阻抗的频率特性在复坐标上描绘出点轨迹，理论上可视为一段圆弧。根据点轨迹确定圆弧的圆心和半径，即由Cole-Cole阻抗方程来描述Z=R∞+R0-R∞1+(jωτ)α----(1)]]>式中τ＝(Ri+Re)Cm，R0＝Re，R∞＝Ri//Re，Z为复平面第4象限的一段圆弧。如图2所示。Cole-Cole阻抗方程中特征参数τ代表时间常数，R0代表频率为0时的阻抗值，R∞代表频率无穷大时的阻抗值，α为松弛因子，一般在0～1之间取值。实际应用中由于测量频率有限，必须根据有限测量数据依靠算法求取生物组织的阻抗模型参数。现有算法存在明显缺点，例如有的用三个频率点近似计算血液电阻抗模型，这种近似计算的精度低，误差大。国外学者采用最小二乘圆拟合法提取离体组织模型的特征参数等，但是存在迭代次数大(需几百或上千次迭代计算)，拟合精度不高和初始值选取影响迭代收敛性，导致运算速度慢。利用这种算法进行测量的缺点是速度慢、精度低。现有的生物阻抗测量仪大都采用简单的电阻模型，例如临床采用的无创阻抗法心输出量测量仪器等，使用局限性大，只能用于人体特定部位。生物组织多频阻抗测量仪器目前还没有实用化仪器。另外已有的处于研制实验阶段的仪器设计方案较复杂，性能简单，采用的算法和实现的功能十分简单，成本高。且不具备阻抗模型参数提取分析功能。不能长时间在体监测生物体阻抗模型参数等(参见专利技术专利CN1312052A，由单片集成电路构成的生物阻抗测量装置，公开日2001年9月12日)。
技术实现思路
本技术的目的在于提供一种生物组织多频率阻抗测量方法，该方法具有计算速度快，测量精度高的特点。本技术还提供了实现该方法的测量装置，该装置具有结构简单、性价比高、使用方便等特点。本技术提供的一种生物组织多频率阻抗测量装置，包括数据采集部分和数据处理部分，由DC/DC直流变换器为二部分提供隔离电源，其特征在于， 所述数据采集部分的结构为数据采集单片机用于完成数据采样，存储和串行数据发送，并控制直接数字频率合成器产生各种需要的频率；直接数字频率合成器与单片机相连，用于产生不同频率、幅度恒定的正弦电压信号，分二路传送给压控恒流源和第二宽频带放大器；压控恒流源与直接数字频率合成器相连，用于将所述正弦电压信号转换为正弦恒定电流信号；电流电极与压控恒流源相连，用于将正弦恒定电流信号加到人体组织待测部位；测量电极用于提取出生物组织所产生的与组织特性相关的正弦电压信号Ui，并依次传送给第一宽频带放大器和第一滤波器，第一宽频带放大器和第一滤波器将正弦电压信号Ui放大、滤波后分二路传送给鉴幅器和整形和鉴相器；鉴幅器用于将生物电阻抗的不同频率的幅值信息转换为电平大小，传送给单片机中的一路A/D转换器，转换成数字信号后将阻抗幅度传送给所述数据处理部分；第二宽频带放大器将输入的正弦电压信号Ur放大后传送给第二滤波器，滤波后也传送给整形和鉴相器；该第二宽频带放大器及第二滤波器与第一宽频带放大器和第一滤波器保持同步放大和滤波；整形和鉴相器由整形器和鉴相器构成，整形器用于将接收的信号整形成为方波，鉴相器用于相位检测，被测组织的相位信息相对于不变的参考信号通过鉴相器得到相位信息的大小，该相位信息被送入单片机中的另一路AD转换器，转换成数字信号后将相位值传送给所述数据处理部分；所述数据处理部分为PC机，它通过隔离串行接口与单片机相连，用于对采样的阻抗幅度和相位值进行分析计算，得到电阻抗模型参数Ri、Re、Cm和α。本技术是一种实用的测量装置，它采用单片机与PC机的双CPU结构，以及数字频率合成技术等，具有成本低，结构简单，自动分析功能强等特点，便于直接开展产品的设计和开发工作。本技术实现了快速、精确地提取阻抗模型参数Ri、Re、Cm和α的目标。附图说明图1为组织的电阻抗模型示意图；图2为Cole-Cole阻抗图；图3为生物组织多频率阻抗测量装置的结构示意图；图4为线性变换迭代拟合法程序框图；图5为AD7008与ADuC812的接口电路图；图6为电极安放位置示意图；图7为同步对称结构放大器；图8为前置级电路原理图；图9为鉴幅器电路图；图10为分析软件，界面和人体组织实测结果示意图。具体实施方式测量装置由两部分组成，如图3所示，其中虚线框内为以数据采集单片机为主的数据采集部分，虚线框外为基于PC机的数据处理部分。由于测量装置直接作用于受试者，必须进行隔离处理。隔离包含信号隔离和电源隔离，电源隔离采用DC/DC直流变换器实现，信号隔离则采用光电耦合器的数字隔离方式。在PC机与数据采集单片机之间的串行接口的输入输出端各加入两个光电耦合器实现数字隔离，全部数据采集单片机和处理电路部分隔离成浮地状态。采用数字隔离方法的优点是消除模拟隔离的非线性误差，提高测量精度。另一优点是安全可靠，不降低模拟信号的线性度，又能提高放大器的共模抑制比，增强系统抗干扰能力。以下分别介绍其它组成部分(一)、数据采集部分(1)数据采集单片机13数据采集单片机13用于完成数据采样，存储和串行数据发送，并控制直接数字频率合成器6产生各种需要的频率。本技术选用了内含二路A/D转换器的单片机，可以直接依靠软件完成数据采集任务，本实施例选用的是ADuC812单片机。(2)直接数字频率合成器6由数据采本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：杨玉星，袁世英，周黎明，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：实用新型
国别省市：
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