專利名稱：一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法和裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及生物電阻抗測量技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種生物電阻抗測量 中消除干擾的方法和裝置。
背景技術(shù)：
電阻抗斷層成像(electrical impedance tomography, EIT)是根據(jù)"人 體內(nèi)不同組織具有不同的電阻抗'，這一物理原理，通過給人體注入小的安全 電流，測量體表的電位來重建人體內(nèi)部的電阻抗分布圖像，是醫(yī)學(xué)成像技術(shù) 的一個新方向。
EIT技術(shù)具有很多優(yōu)勢，既往研究表明某些人體組織的生理功能變化能 引起組織阻抗的變化(如組織充血和放電等)，某些組織病理改變也能引 起組織阻抗的變化(如癌變等)，這些信息將會在EIT圖像中體現(xiàn)出來。所 以EIT具有功能成像的性質(zhì)，該技術(shù)對人體無創(chuàng)無害，測量簡便，在對于 患者長期的圖像監(jiān)護這方面具有廣泛的應(yīng)用前景，這些是目前多數(shù)臨床成像 手段難以做到的；同時該技術(shù)造價低、費用低的特點也非常適合進(jìn)行廣泛 的醫(yī)療普查。
電阻抗斷層成像系統(tǒng)包括有數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)(Data Measurement System, DMS)及圖像重構(gòu)軟件兩大部分。數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的作用就是在激勵源產(chǎn)生的 正弦信號激勵下從體表測量中解調(diào)出反映體內(nèi)阻抗分布的電信號，經(jīng)模擬信 號-數(shù)字信號轉(zhuǎn)換(A/D轉(zhuǎn)換)及數(shù)據(jù)處理后為阻抗圖像重構(gòu)算法提供數(shù)據(jù)。
在EIT中，激勵源的作用是產(chǎn)生對人體安全的正弦激勵并以一定的激勵 模式施加于激勵電極上；數(shù)據(jù)測量系統(tǒng)的主要功能是以 一定測量模式從測量 電極獲取正弦信號激勵下的體表電信號，經(jīng)放大后采用解調(diào)技術(shù)提取反映成 像目標(biāo)內(nèi)阻抗分布信息，供算法重構(gòu)阻抗圖像應(yīng)用；控制電路作為計算機與 激勵源及測量電路間的接口電路，主要負(fù)責(zé)激勵源及測量電路的參數(shù)及模式 設(shè)置，以及校正和定標(biāo)等功能；計算機主要進(jìn)行總體控制、數(shù)據(jù)處理、圖像 重構(gòu)、圖像顯示等功能。
現(xiàn)階段對人體部位進(jìn)行生物電阻抗的測量的方法主要包括步驟恒流輸 出正弦波通過i殳置在^皮測部位的測試電極對所述^J則部位進(jìn)行激勵；獲取所 述被測部位的電流值和電壓值；將所述電流值和電壓值進(jìn)行放大后進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換，并確定目標(biāo)電流值和目標(biāo)電壓值；利用所述目標(biāo)電流值和目標(biāo)電壓 值計算所述^^皮測部位的生物電阻抗；將所述電阻抗信息進(jìn)行圖例化，生成圖 例信息。
以上測量方法中，所述圖例信息能否正確地反映人體被測部位的電阻抗 變化，關(guān)鍵在于獲取的電流信號和電壓信號的純凈度。上述測量方法沒有涉 及消除這種干擾信號，所獲取的電流信號和電壓信號不可避免地?fù)诫s著許多 干擾信號；另外，測量采用的硬件部分在測量過程中會產(chǎn)生誤差和干擾， 如電極粘貼引起的接觸電阻產(chǎn)生的表面電位信號誤差，各種儀器工作時產(chǎn) 生的干擾信號等；最終導(dǎo)致進(jìn)行電阻抗計算所利用的電流信號和電壓信號純 凈度不夠，也即不能準(zhǔn)確反映人體被測部位的阻抗分布，導(dǎo)致成像精度的不 理想，無法準(zhǔn)確真實地反映體內(nèi)病情變化。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，本發(fā)明的目的是提供一種有效消除干擾信號、精度高的生物 電阻抗數(shù)據(jù)測量方法和系統(tǒng)。
本發(fā)明提供的 一種生物電阻抗數(shù)據(jù)測量方法是這樣實現(xiàn)的
一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法，所述方法包括步驟
獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的串連線路上 的取樣電阻上的電流信號；
對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換，提取滿 足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號。
獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的串連線路上 的取樣電阻上的電流信號的步驟包括
將第一高阻放大器與所述被測部位的串聯(lián)線路上的標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻并聯(lián)設(shè) 置，以獲取所述被測部位串聯(lián)線路上的電流信號，所述高阻放大器的阻抗至 少為所述:f又樣電阻的阻抗的106倍；
將第二高阻;汰大器與i殳置在所述^皮測部位兩側(cè)的第 一測試電才及和第二測 試電極相連，以獲取所述被測部位的電壓信號。
在對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換之前，
進(jìn)一步包括當(dāng)所述經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換后的電流信號和電壓信號的數(shù)值不在預(yù)
設(shè)范圍之內(nèi)時，調(diào)整所述第一高阻放大器和第二高阻放大器的增益。
在獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的串連線路
上的取樣電阻上的電流信號之前，進(jìn)一步包括對所述電流信號和電壓信號 進(jìn)行限壓限流預(yù)處理。
所述限壓限流預(yù)處理的方法具體為
分別檢測出所述電流信號和電壓信號的電流值和電壓值，當(dāng)檢測所述電 流值或電壓值超出預(yù)設(shè)閾值時，斷開連接。
對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換，提取滿 足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號的步驟包括
將所述電流信號和電壓信號生成諧波頻鐠；
根據(jù)由激勵信號頻率范圍和信號能量鐠設(shè)置的閾值將所述電流信號和電 壓信號進(jìn)行過濾篩選，提取電流信號和電壓信號，所述目標(biāo)電流信號和目標(biāo) 電壓信號就是滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號。
本
發(fā)明還公開了一種生物電阻測量中消除干擾的裝置，所述裝置包括
高阻放大器，用于獲取人體被測部位的電壓信號以及設(shè)置在人體被測部 位的串連線路上的取樣電阻電流信號；
快速傅立葉處理單元，與所述高阻放大器相連，利用快速傅立葉算法將 所述電流信號和電壓信號進(jìn)行處理，提取滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電 流信號和目標(biāo)電壓信號。
所述高阻放大器包括
第一高阻放大器，包括兩個輸入端和一個輸出端，所述兩個輸入端分別 與所述取樣電阻的兩端相連，用于獲取并放大經(jīng)過所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻的電流 信號；
第二高阻放大器，包括兩個輸入端和一個輸出端，所述兩個輸入端分別 與設(shè)置在人體被測部位兩側(cè)的第一測試電極和第二測試電極相連，用于獲取 并放大所述人體被測部位兩側(cè)的電壓信號。
所述第一高阻放大器和第二高阻放大器的輸入阻抗為標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻阻抗
的106倍以上。
所述第一高阻放大器和第二高阻放大器均為可編程高阻放大器。
所述裝置進(jìn)一步包括
增益調(diào)節(jié)單元，與所述高阻放大器相連，用于當(dāng)所述經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換后 的電流信號和電壓信號的數(shù)值不在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)時，調(diào)整所述第一高阻放大 器和第二高阻放大器的增益。
預(yù)處理單元，用于當(dāng)檢測到所述電流信號和電壓信號的數(shù)值大于預(yù)設(shè)閾 值時，進(jìn)行斷電保護。
通過以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明具有以下的優(yōu)點和特點'.
1、 根據(jù)預(yù)設(shè)的閾值，采用FFT算法對電流信號和電壓信號進(jìn)行過濾處 理，有效屏蔽了直流分量、高頻/低頻噪聲和其他千擾信號，為最后的生物 電阻抗的計算提供純凈的信號；
2、 將一個高阻放大器的兩個輸入端分別與設(shè)置在人體被測部位的串聯(lián) 線路上的低阻抗的標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻相連，以獲取并放大經(jīng)過所述取樣電阻的電 流信號；并且將另一個高阻放大器的兩個輸入端分別與設(shè)置在人體被測部位 的兩側(cè)的第一測試電極和第二測試電極，以獲取并放大所述第一測試電極和 第二測試電極之間的電壓信號；由于所述高阻放大器的阻抗在109歐姆以 上，而所述取樣電阻以及測試電極產(chǎn)生的接觸電阻的阻抗一般在歐姆級，使
得所述高阻放大器所獲取的電流信號和電壓信號與人體被測部位的實際電流 信號和電壓信號之間的誤差大大減??；
3、 當(dāng)電流信號和電壓信號中的電流值和電壓值不在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)時， 能夠自動調(diào)整放大器的增益，確保每次采樣的電流值和電壓值均在預(yù)設(shè)范圍 以內(nèi)，進(jìn)而確保多頻點采樣時不同頻點的采樣都在最佳范圍內(nèi)進(jìn)行。


圖1為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法的實現(xiàn)流程圖2為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法的實施例一的流程
圖3為本發(fā)明實施例一中獲取電流信號和電壓信號的結(jié)構(gòu)示意圖4為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置的實施例一的結(jié)構(gòu) 框圖5為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置的實施例二的結(jié)構(gòu) 框圖6為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置的實施例三的結(jié)構(gòu) 框圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的核心思想是獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體 被測部位的串連線路上的取樣電阻上的電流信號；對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流 信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換，提取滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo) 電流信號和目標(biāo)電壓信號。
所述電壓信號和電流信號的獲取方法包括步驟將第一高阻放大器與所 述被測部位的串聯(lián)線路上的標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻并聯(lián)設(shè)置，以獲取所述被測部位串 聯(lián)線路上的電流信號，所述高阻放大器的阻抗至少為所述取樣電阻的阻抗的 106倍；將第二高阻放大器與設(shè)置在所述被測部位兩側(cè)的第一測試電極和第二 測試電極相連，以獲取所述被測部位的電壓信號。
為了使本技術(shù)領(lǐng)域的人員更好地理解本發(fā)明方案，下面結(jié)合附圖和實施 方式對本發(fā)明作進(jìn)一步的詳細(xì)說明。
請參考圖1，為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法的實現(xiàn)流 程圖，包括以下步驟
9
步驟SI01:獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的 串連線路上的取樣電阻上的電流信號。
步驟S102:對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變 換，提取滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號。
請參考圖2，為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法的實施例 一的流程圖，包括以下步驟
步驟S201:利用第一高阻放大器獲取并放大設(shè)置在人體被測部位的串聯(lián) 線路上的標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻上的電流信號。
步驟S202:利用第二高阻放大器獲取并放大設(shè)置在人體被測部位的兩側(cè) 的第一測試電極和第二測試電極的電壓信號。
請參考圖3，為本發(fā)明實施例一的獲取電流信號和電壓信號的結(jié)構(gòu)示意圖。
圖3中，信號源01用于產(chǎn)生頻率為1Hz-300KHz的正弦波掃頻激勵信 號，恒定輸出所述激勵信號至人體測試部位，對人體測試部位進(jìn)行激勵；在 此過程中，激勵信號經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻到達(dá)第三測試電極03;第一測試電極 04、第二測試電極05設(shè)置于人體測試部位的兩側(cè)；第一高阻放大器07的輸 入端071、輸入端072分別與所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻的兩端相連，第二高阻放大 器08的輸入端081、輸入端082分別與第一測試電極04和第二測試電極05 相連；所述第一測試電極04、第二測試電極05、第三測試電極03以及電源 接地極06與人體測試部位接觸產(chǎn)生接觸電阻031、接觸電阻041、接觸電阻 051以及"l妄觸電阻061。
所述第一高阻放大器、第二高阻放大器的輸入阻抗均在109歐姆以上， 而標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻02、接觸電阻041、接觸電阻051以及接觸電阻061的阻抗 數(shù)量級均是歐姆級的，為10~103歐姆，并且所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻02設(shè)置在人 體測試部位的串連線路上；因此，信號源01恒流輸送過來的正弦波電流信 號全部通過所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻02后全部通過接觸電阻031進(jìn)入人體測試部 位，接觸電阻041和接觸電阻051上幾乎不存在電流，即幾乎不產(chǎn)生壓降； 進(jìn)而，第一高阻放大器07能夠準(zhǔn)確獲取標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻02上的電流信號也即 是人體測被測部位10上的電流值并將其按照預(yù)設(shè)的放大倍數(shù)進(jìn)行放大，第
二高阻;故大器08能夠準(zhǔn)確獲取所述人體^皮測部4立10的電壓Y直并將其按照預(yù) 設(shè)的放大倍數(shù)進(jìn)行放大。
步驟S2(B:將所述經(jīng)過所述放大處理的電流值和電壓值進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn) 換，由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。
將所述經(jīng)過放大處理的每個頻率點的電流值和電壓值并行進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn) 換，由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換的頻率為大于或等于所述 頻率點的頻率的2倍，對于頻率為10Hz的經(jīng)過放大處理的電流值和電壓 值，所述模-數(shù)轉(zhuǎn)換的頻率至少為20Hz。由此形成多列信號，每列信號對應(yīng) 一個頻率點。
步驟S204:判斷經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流值是否處于預(yù)設(shè)的范圍(0. 5 x量 程~0. 8x量程)內(nèi)，如果否，進(jìn)入步驟S208;否則，進(jìn)入步驟S205。 步驟S205:調(diào)整所述第一高阻放大器放大倍數(shù)檔位。 根據(jù)需要將所述第一高阻放大器的放大倍數(shù)(增益)劃分為1、 2、 4、 8、 10、 20、 40、 80等8個放大倍數(shù)檔位，所述量程即是所述放大倍數(shù)檔 位。
為了確保每次荻取的電流值均在預(yù)設(shè)的范圍(0. 5 x量程~ 0. 8 x量程) 內(nèi)，所述范圍為根據(jù)工作人員經(jīng)過多次試驗得出的，是進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換最好 的數(shù)值范圍，當(dāng)電流值不處于該范圍內(nèi)時，自動調(diào)整所述第一高阻放大器的 放大倍數(shù)的檔位，使經(jīng)過其放大之后的電流值處于該范圍內(nèi)。
步驟S206:判斷經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電壓值是否處于預(yù)設(shè)的范圍(0. 5 x量 程~0. 8x量程)內(nèi)，如果否，進(jìn)入步驟S208;否則，進(jìn)入步驟S207。
步驟S207:調(diào)整所述第二高阻放大器放大倍數(shù)檔位。
根據(jù)需要將所述第二高阻放大器的放大倍數(shù)(增益)劃分為l、 2、 4、 8、 10、 20、 40、 80等8個放大倍數(shù)檔位，所述量程即是所述放大倍數(shù)檔 位。
為了確保每次獲取的電壓值均在預(yù)設(shè)的范圍(0. 5 x量程~ 0. 8 x量程) 內(nèi)，所述范圍為根據(jù)工作人員經(jīng)過多次試驗得出的，是進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換最好 的數(shù)值范圍，當(dāng)電壓值不處于該范圍內(nèi)時，自動調(diào)整所述第二高阻放大器的 放大倍數(shù)的檔位，使經(jīng)過其放大之后的電壓值處于該范圍內(nèi)。
步驟S208:利用快速傅立葉處理單元對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的多個頻率的電流 值和電壓值進(jìn)行處理。
在以往的測量中， 一般采用有效值檢測電壓和電流，不可避免的將其他 頻點的電壓和電流？ 1入有效值，并且在因為在測量過程中的硬件設(shè)備不可避 免的會產(chǎn)生其他頻段的電壓和電流值，由于這些產(chǎn)生的其他頻點的電流值和 電壓值的摻雜，最終提供給阻抗計算單元的信號肯定不止1Hz-300KHz頻率 范圍的信號，必然引起最終計算結(jié)果的不準(zhǔn)確。
另外，也有采用硬件濾波的方法，但是硬件濾波在具體實現(xiàn)過程中很難 做到理想的帶通濾波，而且其自身也不可避免的會產(chǎn)生一些噪聲對信號產(chǎn)生 干擾。
所以本發(fā)明采用快速傅立葉處理單元用軟件的方式將一個測量波形分成 標(biāo)準(zhǔn)的多次諧波，形成諧波頻語，并根據(jù)輸出頻率和預(yù)設(shè)的能量閾值過濾刪 除其他頻率的電信號能量值大于或小于預(yù)設(shè)閾值的電信號，將真正對應(yīng)輸出 頻率的被測電壓值和電流值提取出來，由此提高信號的純凈度。
例如對應(yīng)輸出頻率為f0的電流值和電壓值，理論上，輸出頻率信號的 能量值或幅度值肯定比其他頻率的信號的能量值或幅度值要大，所以可以設(shè) 置一個窗口函數(shù)獲取[(f 0-f 010%) — (f 0+f 010%)]范圍內(nèi)的信號，而將其他頻 率的信號刪除，達(dá)到濾波的作用。
以上所述第一高阻放大器和第二高阻放大器可以由一個高阻抗電阻和一 個普通放大器代替，所述高阻抗電阻的阻抗可以為所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻的阻抗 的107倍以上。
為了防止在測量過程中，發(fā)生短路現(xiàn)象致使電流過大而致使人體收到傷 害和參與測量的各個硬件設(shè)備遭到損壞，在對所述電流信號和電壓信號進(jìn)行
測量之前，對其電流值和電壓值進(jìn)行檢測，當(dāng)所述電流值或電壓值超過預(yù)設(shè) 閾值時，斷開電路。
所述預(yù)設(shè)閾值可根據(jù)人體的安全電壓或電流標(biāo)準(zhǔn)和各個硬件設(shè)備的承受 能力標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行設(shè)置。
請參考圖4，為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置的實施例 一結(jié)構(gòu)框圖。
一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置，包括標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻IOO、第 一高阻放大器200、第二高阻放大器300以及快速傅立葉處理單元400。
在此結(jié)合信號源Ol、模數(shù)轉(zhuǎn)換單元500、計算控制器600和第一測試電 極(M、第二測試電極05、第三測試電極03、接地極06、接觸電阻041、第 接觸電阻051、接觸電阻031以及接觸電阻061對本裝置的工作原理和結(jié)構(gòu) 進(jìn)4亍詳細(xì)i兌明。
本裝置的工作原理是在信號源01恒流輸出頻率為1Hz-300KHz的正弦 波掃頻激勵電流信號對人體被測部位10進(jìn)行激勵，第一高阻放大器200的 輸入端211和輸入端212分別與設(shè)置在人體被測部位10的串聯(lián)線路上的標(biāo) 準(zhǔn)取樣電阻100的兩端相連；第二高阻放大器300的輸入端311和輸入端 312分別與設(shè)置在人體被測部位10兩側(cè)的第一測試電極04和第二測試電極 05相連；由于所述第一高阻放大器200和第二高阻放大器300的輸入阻抗都 在109歐姆以上，而所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻100以及第一測試電極04、第二測試 電極05、第三測試電極03和接地極06與人體被測部位產(chǎn)生的接觸電阻 041、接觸電阻042、接觸電阻031和接觸電阻061的阻抗數(shù)量級均是歐姆級 的，所以從信號源01恒流輸出頻率為1Hz-300KHz的正弦波掃頻激勵電流信 號幾乎全部通過所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻100,接觸電阻041和接觸電阻051上幾 乎不存在電流信號，所以所述第一高阻放大器200和第二高阻放大器300能 獲取反映人體被測部位阻抗10的純凈的電流信號和電壓信號，所謂純凈， 即是干擾信號較少；由此減少了測試電極產(chǎn)生的接觸電阻對信號造成的誤 差，提高阻抗測量精度。所述第一高阻放大器200和第二高阻放大器300將 所述電流信號和電壓信號按照預(yù)設(shè)的放大倍數(shù)將其放大后分別通過輸出端 213和輸出端313提供給模數(shù)轉(zhuǎn)換單元500，所述模數(shù)轉(zhuǎn)換單元500將放大 后的電流信號和電壓信號由模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，并將其提供給快速傅 立葉處理單元4QQ;所述快速傅立葉處理單元4QG利用FFT算法將所述lHz-300KHz頻率范圍的電流信號和電壓信號分成標(biāo)準(zhǔn)的多次諧波，形成諧波頻 譜，并根據(jù)輸出頻率(1Hz-300KHz)和預(yù)設(shè)的能量閾值過濾刪除其他頻率的 電信號或能量值大于或小預(yù)設(shè)閾值的電信號，將真正對應(yīng)輸出頻率的被測電壓值和電流值提取出來，將其提供給計算控制器600 (例如對應(yīng)輸出頻率為 fO的電流值和電壓值，理論上，輸出頻率信號的能量值或幅度值肯定比其他 頻率的信號的能量值或幅度值要大，所以可以設(shè)置一個窗口函數(shù)獲取[(f0-f010W-(fO+f010W]范圍內(nèi)的信號,而將其他頻率的信號刪除，達(dá)到濾波的 作用)，所述計算控制器600根據(jù)所述電壓值和電流值計算人體被測部位10 的電阻抗，并將其圖例化顯示。
請參考圖5，為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置的實施例 二的結(jié)構(gòu)框圖。
由于對應(yīng)不同的頻率，人體被測部位的阻抗對應(yīng)不同的頻率必然是不同 的阻抗，在低頻段的數(shù)值和高頻段的數(shù)值在范圍上有很大的區(qū)別，如在頻率 為1Hz時的阻抗與頻率為300KHz時的阻抗肯定存在很大區(qū)別，在高頻段時 可能是幾百歐姆，在低頻段則可能達(dá)到上萬歐姆，如此大的變動范圍會給信 號測量造成干擾，所以可以將所述第一高阻放大器200和第二高阻放大器 300的增益(放大倍數(shù))劃分為l、 2、 4、 8、 10、 20、 40、 80等8個增益檔
位，并根據(jù)多次試驗得出的進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換的最好范圍，并據(jù)此設(shè)置經(jīng)驗閾 值(0. 5 x量程~ 0. 8 x量程)，所述量程也即是增益檔位。通過設(shè)置與模數(shù)
裝換單元400、第一高阻放大器200以及第二高阻放大器300相連的增益調(diào) 整單元700,當(dāng)所述增益調(diào)整單元700檢測到經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的某一頻點的電 流值或電壓值不在預(yù)設(shè)閾值中時，調(diào)整所述第一高阻放大器200和第二高阻 放大器300的增益對電流值或電壓值重新進(jìn)行放大處理，并通過模-數(shù)轉(zhuǎn)換 單元4GG重新進(jìn)行模-數(shù)轉(zhuǎn)換。
如圖6所示，為本發(fā)明一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置的實施例 三的結(jié)構(gòu)框圖。
為了避免當(dāng)發(fā)生短路時，人體收到傷害以及參與測量的各個硬件受到損 壞的情況的發(fā)生，可以進(jìn)一步在裝置中設(shè)置預(yù)處理單元800，用于在測量之 前對獲取的電流值或電壓值進(jìn)行檢測，當(dāng)檢測到所述電流值或電壓值超過預(yù) 設(shè)閾值時，自動斷電，實現(xiàn)自我保護功能。
以上實施例中所述第一高阻放大器和第二高阻放大器可以各由一個高阻 抗電阻串聯(lián)一個普通放大器代替，所述高阻抗電阻的電阻值至少為所述標(biāo)準(zhǔn)
取樣電阻電阻值的106倍。
以上公開的僅為本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，但本發(fā)明并非局限于此，任何 本領(lǐng)域的技術(shù)人員能思之的沒有創(chuàng)造性的變化，以及在不脫離本發(fā)明原理前 提下所作的若干改進(jìn)和潤飾，都應(yīng)落在本發(fā)明的保護范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1、一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法，其特征在于，所述方法包括步驟獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的串連線路上的取樣電阻上的電流信號；對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換，提取滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號。
2、 如權(quán)利要求1所述的生物電阻抗測量中消除干擾的方法，其特征在 于，獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的串連線路上 的取樣電阻上的電流信號的步驟包括將第一高阻放大器與所述被測部位的串聯(lián)線路上的標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻并聯(lián)設(shè) 置，以獲取所述被測部位串聯(lián)線路上的電流信號，所述高阻放大器的阻抗至 少為所述取樣電阻的阻抗的106倍；將第二高阻放大器與設(shè)置在所述被測部位兩側(cè)的第一測試電極和第二測試電極相連，以獲取所述^皮測部位的電壓信號。
3、 如權(quán)利要求2所述的生物電阻抗測量中消除干擾的方法，其特征在 于，在對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換之前， 進(jìn)一步包括當(dāng)所述經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換后的電流信號和電壓信號的數(shù)值不在預(yù) 設(shè)范圍之內(nèi)時，調(diào)整所述第一高阻放大器和第二高阻放大器的增益。
4、 如權(quán)利要求1所述的生物電阻抗測量中消除干擾的方法，其特征在 于，在獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的串連線路 上的取樣電阻上的電流信號之前，進(jìn)一步包括對所述電流信號和電壓信號 進(jìn)行限壓限流預(yù)處理。
5、 如權(quán)利要求4所述的生物電阻抗測量中消除干擾的方法，其特征在 于，所述限壓限流預(yù)處理的方法具體為分別檢測出所述電流信號和電壓信號的電流值和電壓值，當(dāng)檢測所述電 流值或電壓值超出預(yù)設(shè)閾值時，斷開連接。
6、 如權(quán)利要求1或2或3或4或5所述的生物電阻抗測量中消除干擾 的方法，其特征在于，對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換，提取滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號的步驟包括將所述電流信號和電壓信號生成諧波頻鐠；根據(jù)由激勵信號頻率范圍和信號能量鐠設(shè)置的閾值將所述電流信號和電 壓信號進(jìn)行過濾篩選，提取電流信號和電壓信號，所述目標(biāo)電流信號和目標(biāo) 電壓信號就是滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號。
7、 一種生物電阻測量中消除干擾的裝置，其特征在于，所述裝置包括高阻放大器，用于獲取人體被測部位的電壓信號以及設(shè)置在人體被測部 位的串連線路上的取樣電阻電流信號；快速傅立葉處理單元，與所述高阻放大器相連，利用快速傅立葉算法將 所述電流信號和電壓信號進(jìn)行處理，提取滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電 流信號和目標(biāo)電壓信號。
8、 如權(quán)利要求7所述的生物電阻抗測量中消除干擾的裝置，其特征在 于，所述高阻放大器包括第一高阻放大器，包括兩個輸入端和一個輸出端，所述兩個輸入端分別 與所述取樣電阻的兩端相連，用于獲取并放大經(jīng)過所述標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻的電流 信號；第二高阻放大器，包括兩個輸入端和一個輸出端，所述兩個輸入端分別 與設(shè)置在人體被測部位兩側(cè)的第一測試電極和第二測試電極相連，用于獲取 并放大所述人體#1測部位兩側(cè)的電壓信號。
9、 如權(quán)利要求8所述的生物電阻測量中消除干擾的裝置，其特征在于所述第一高阻放大器和第二高阻放大器的輸入阻抗為標(biāo)準(zhǔn)取樣電阻阻抗 的106倍以上。
10、 如權(quán)利要求7所述的生物電阻測量中消除干擾的裝置，其特征在 于，進(jìn)一步包括增益調(diào)節(jié)單元，與所述高阻放大器相連，用于當(dāng)所述經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換后 的電流信號和電壓信號的數(shù)值不在預(yù)設(shè)范圍之內(nèi)時，調(diào)整所述第一高阻放大 器和第二高阻放大器的增益。 預(yù)處理單元，用于當(dāng)檢測到所述電流信號和電壓信號的數(shù)值大于預(yù)設(shè)閾 值時，進(jìn)行斷電保護。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種生物電阻抗測量中消除干擾的方法，所述方法包括步驟獲取并放大人體被測部位的電壓信號和所述人體被測部位的串連線路上的取樣電阻上的電流信號；對經(jīng)過模-數(shù)轉(zhuǎn)換的電流信號和電壓信號進(jìn)行快速傅立葉變換，提取滿足生物電阻抗計算條件的目標(biāo)電流信號和目標(biāo)電壓信號。本發(fā)明還公開了一種生物電阻抗測量中消除干擾的裝置。利用本發(fā)明可以獲取較純凈的能反映人體被測部位電阻的電流信號和電壓信號，減小信號誤差，并能較大程度上地消除測量過程中硬件自身產(chǎn)生的干擾信號。
文檔編號A61B5/053GK101194836SQ20061016108
公開日2008年6月11日 申請日期2006年12月5日 優(yōu)先權(quán)日2006年12月5日
發(fā)明者為 何, 琪 吳, 熊新翔, 平 王, 輝 蔣 申請人:重慶博恩富克醫(yī)療設(shè)備有限公司