技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于生物電阻抗成像技術(shù)領(lǐng)域，具體涉及一種便攜式電阻抗成像系統(tǒng)的電阻抗測量裝置及測量方法。

背景技術(shù)

生物電阻抗成像技術(shù)是使用從生物體表無創(chuàng)測量到的一組電阻抗信息，對生物體的內(nèi)部結(jié)構(gòu)進行成像的一種斷層成像技術(shù)。該技術(shù)需要使用電阻抗測量設(shè)備對成像目標進行電阻抗測量，得到包含成像目標內(nèi)部信息的、某頻率下的一組電阻抗值。在進行電阻抗測量時，一般需要對成像目標施加一個恒定強度的電流激勵，并測量成像目標上的響應(yīng)電壓，從中解調(diào)出成像目標的電阻抗信息。

傳統(tǒng)的電阻抗成像技術(shù)中進行電阻抗測量時，一般對成像目標施加正弦電流激勵信號，并使用高速模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)對響應(yīng)正弦電壓信號進行高速采樣，然后使用數(shù)字正交解調(diào)的方法，解調(diào)出成像目標的電阻抗信息。

在這種傳統(tǒng)的生物電阻抗測量電路中，需要使用FPGA、高速ADC等功耗較高的芯片；而且在數(shù)字正交解調(diào)方法中，需要進行較多的乘法運算，導致微控制器的運算量大、功耗大，因而這種傳統(tǒng)的生物電阻抗測量方法不便于在電池供電的手持式電阻抗成像系統(tǒng)中使用。

所以，需要一種結(jié)構(gòu)簡單、運算量小、功耗低的生物電阻抗測量方法，以適應(yīng)便攜式電阻抗成像系統(tǒng)對小體積、低功耗等方面的要求。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于提供一種以電池供電、結(jié)構(gòu)簡單、功耗低的用于便攜式電阻抗成像系統(tǒng)的電阻抗測量裝置及測量方法。

為達到上述目的，本發(fā)明的電阻抗測量裝置包括與成像目標相接觸的一對產(chǎn)生方波電流激勵信號的激勵電極以及與該激勵電極的輸出端相連接的并聯(lián)的第一、第二運算放大器，第一、第二運算放大器的輸出端分別與第一、第二阻容高通濾波電路相連接，第一、第二阻容高通濾波電路的信號輸出端經(jīng)差分放大電路與A/D電路相連。

本發(fā)明的測量方法如下：

1)首先，方波電流激勵信號通過一對激勵電極施加到成像目標后，在成像目標上產(chǎn)生響應(yīng)電壓信號；

2)然后，采集的響應(yīng)電壓信號通過一對高輸入阻抗的運算放大器進行緩沖放大，消除電極-皮膚接觸阻抗的影響；

3)由運算放大器緩沖放大后的電壓信號經(jīng)過阻容高通濾波電路，濾除工頻干擾、電極極化電壓干擾；

4)濾波后的信號進入差分放大電路，將提取到的響應(yīng)電壓差分信號轉(zhuǎn)變成單端信號，并進行放大；

5)最后，放大后的響應(yīng)電壓信號經(jīng)過高速、高精度A/D電路轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，用于進行電阻抗信息的計算和解調(diào)；

所述的響應(yīng)電壓信號的采集是對于一個信號周期，分別在其高電平和低電平期間進行一次采樣，分別得到采樣結(jié)果V₁和V₂；

設(shè)在高電平期間的相對采樣時刻為其中t₁為絕對采樣時刻距方波激勵信號上升沿的時間間隔，T為方波激勵信號的周期；與此對應(yīng)設(shè)低電平期間的相對采樣時刻為則t_p1＝t_p2；

通過計算高電平和低電平期間采樣結(jié)果的差值V_z＝V₁-V₂，進行電阻抗信息的解調(diào)；

將多個周期的解調(diào)結(jié)果V_z的均值作為最終解調(diào)結(jié)果。

本發(fā)明的激勵信號為方波電流信號，成像目標上的響應(yīng)電壓信號首先經(jīng)過運算放大器進行緩沖，以降低電極-皮膚接觸阻抗的影響；再經(jīng)由阻容高通濾波電路進行濾波，以消除電極極化電壓的影響；再經(jīng)過差分放大電路進行信號放大；最后使用高速、高分辨率、高精度模擬數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)，將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號，用于電阻抗的解調(diào)。

采集過程分別在方波的高電平和低電平期間進行一次采樣，其差值即為解調(diào)結(jié)果。為了提高測量精度，將多次解調(diào)結(jié)果的均值作為最終的解調(diào)結(jié)果。解調(diào)過程中，在高電平和低電平期間的相對采樣時刻保持一致。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明的優(yōu)點在于：首先，阻抗測量電路可以全部采用低電壓、低功耗的器件，可以單電源供電，便于應(yīng)用于電池供電的便攜式電阻抗成像系統(tǒng)。其次，將高電平和低電平期間的采樣結(jié)果的差值作為解調(diào)結(jié)果，可以進一步降低工頻干擾、電極極化電壓等干擾信號的影響。最后，將多次解調(diào)結(jié)果進行平均，使用其均值作為最終的解調(diào)結(jié)果，有利于進一步提高測量精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明電阻抗測量電路示意圖。

圖2是本發(fā)明電阻抗測量方法的相對采樣時刻的示意圖。

具體實施方式

下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進一步詳細說明。