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集成电路与嵌入式系统 2025年

作者：马思远刘旭焦御坤马何平万培元陈志杰北京工业大学信息科学技术学院中国科学院半导体研究所

本文综述了生物阻抗检测芯片的设计与优化，重点分析了双电极与四电极的适用场景及其在测量精度和便携性上的取舍。此外，针对不同检测需求，详细探讨了ADC法、DAC法、逐次逼近法、半正弦DAC法及基线消除技术的实现原理与特点。研究表... 详细信息

本文综述了生物阻抗检测芯片的设计与优化，重点分析了双电极与四电极的适用场景及其在测量精度和便携性上的取舍。此外，针对不同检测需求，详细探讨了ADC法、DAC法、逐次逼近法、半正弦DAC法及基线消除技术的实现原理与特点。研究表明，双电极结合高效DAC方法在便携设备中具有显著优势，而四电极配置则适用于高精度阻抗测量场景。本文为生物阻抗检测芯片的设计提供了理论支持，并展望了其在可穿戴医疗设备和动态监测领域的应用前景。

关键词：生物阻抗检测阻抗检测原理 ADC DAC

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电外科射频能量发生器控制系统的研制

电外科射频能量发生器控制系统的研制

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作者：严博文重庆大学

学位级别：硕士

电外科能量平台，也称为射频能量发生器，是从高频电刀发展而来，它的治疗功能在经历了100余年的发展之后，已经不仅仅局限于过去简单的切割、电凝或是烧灼功能，而是能够针对不同部位、状态的生物组织实现输出射频能量的精确控制。在... 详细信息

电外科能量平台，也称为射频能量发生器，是从高频电刀发展而来，它的治疗功能在经历了100余年的发展之后，已经不仅仅局限于过去简单的切割、电凝或是烧灼功能，而是能够针对不同部位、状态的生物组织实现输出射频能量的精确控制。在传统的电外科手术中，仪器所输出的射频能量大小和能量释放时间完全由使用者控制，这样往往会因为使用者的操作不当，从而造成组织热损伤、组织碳化或烧伤等医疗事故。而在最新的射频能量发生器中，则普遍采用了智能生物阻抗检测算法，从而实现了射频能量自适应输出的功能，在最大程度上保证了电外科手术的安全有效。显而易见，选择正确的系统变量来控制电热闭合仪器的输出能量大小与持续作用时间不仅仅是智能控制算法中的关键因素，而对于能量的控制算法则是整台仪器中至关重要的核心技术。同时，在电外科技术的发展过程中，国内外出现了较大的差距，国内的电外科生产商基本还停留在高频电刀的传统模式中，只能实现简单的切，凝，灼等功能，在目前较热门以及算法较为复杂的组织闭合和组织焊接的应用领域几乎是空白。为此，本文针对组织闭合与组织焊接的应用领域，对射频能量的控制方法进行了探讨，并针对该应用领域研制了一套控制系统，采用嵌入式控制芯片与高效率的开关电源控制，结合精确的阻抗检测技术和电路，外加更加人性化的人机交互系统，使系统的可控性和可用性都得到了提升。另外，本文也针对组织闭合和焊接的应用，研究了基于生物组织阻抗变化的能量控制方法，并进行了相关的离体生物组织实验，以验证算法及硬件平台的功能和安全性。经过测试与实验，所设计的控制平台能满足控制算法的需求，可以在嵌入式操作系统的协调下，多任务协同工作。所设计的算法经过了爆破压测试的验证，均能有效达到手术要求，并且减少了产生热损伤的可能。

关键词：电外科射频能量发生器能量控制算法生物阻抗检测组织电干燥术

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基于血流阻抗的肌肉疲劳检测与评估方法研究

基于血流阻抗的肌肉疲劳检测与评估方法研究

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作者：郭浩沈阳工业大学

学位级别：硕士

肌肉疲劳检测是一个重要的研究课题,在训练伤防治、运动健康和生理病理分析等领域具有广阔应用前景。近年来人体工程学、运动医学和生理学领域都对预测疲劳以控制其负面影响做出了研究。肌肉疲劳产生过程中会伴随血流的变化,血流阻抗检... 详细信息

肌肉疲劳检测是一个重要的研究课题,在训练伤防治、运动健康和生理病理分析等领域具有广阔应用前景。近年来人体工程学、运动医学和生理学领域都对预测疲劳以控制其负面影响做出了研究。肌肉疲劳产生过程中会伴随血流的变化,血流阻抗检测技术可以依据血液中伴随的电磁学特性对这种变化进行描述,进而对疲劳状态做出评估。本文利用生物阻抗技术在时间和空间分布上的优势,提出一种用血流阻抗信号表征肌肉疲劳的方法,使用机器学习分类器对疲劳产生过程中的肌肉血流阻抗信号进行分类,进而对不同程度的疲劳状态进行预测,达到检测以及评估疲劳的目的。首先,根据疲劳产生过程中肌肉血流变化以及引起血流阻抗变化的基本原理,设计了基于血流阻抗的肌肉疲劳检测方法,对该方法的研究包括原始肌肉阻抗信号获取、信号处理、特征计算与分析、疲劳程度分类以及疲劳状态上位机显示。为验证方法的有效性,设计疲劳诱导实验,通过实验测量受试者在三种疲劳状态(非疲劳状态、中度疲劳状态、深度疲劳状态)下的肌肉阻抗信号,完成原始信号采集。根据血流阻抗的频率特性,使用FIR(Finite Impulse Response)带通滤波器,获取肌肉血流阻抗信号,设计DWT(Discrete Wavelet Transformation)信号去噪方法,选择合使的小波类型滤除血流阻抗信号噪声。对预处理后的信号进行特征参数计算及分析,实验结果表明可以通过阻抗法表征血流信息以达到检测疲劳的目的。进一步对特征进行降维处理以及划分模型数据集,为后续疲劳状态分类工作做准备。其次,为实现肌肉血流阻抗信号的分类,建立支持向量机(support vector machines,SVM)、深度神经网络(Deep neural networks,DNN)以及深度森林(Deep forest,DF)肌肉血流阻抗信号识别模型,对不同疲劳状态下的信号进行三分类。其中在SVM模型中采用一对一算法(One vs one,OVO)构建三个子二分类SVM模型对信号进行分类;在DNN模型中比较了L正则化和dropout正则化处理的模型效果,选择性能更好的dropout以防止模型过拟合,同时使用性能良好的Adam优化器进行评估;在DF模型中使用多粒度扫描模块在信号原始特征上用大小不同的窗口进行特征提取,使用增强特征矩阵作为级联森林模块的输入,通过级联森林模块对肌肉血流阻抗信号进行分类。最后,根据三个分类器模型的分类结果,对比SVM模型和DNN模型,两个模型的整体准确率分别为82.66%和85.63%,DNN模型准确率略高于SVM模型,并且其省略人工特征提取步骤,性能优于SVM模型。DF模型在中度疲劳状态和深度疲劳状态下的F1值分别为0.89和0.90,整体准确率为92.15%,均高于其他两个模型。结果表明,相较于其他两种方法DF模型对于肌肉不同疲劳状态的血流阻抗信号有更高的敏感度,可以用来辅助检测及评估疲劳。

关键词：肌肉疲劳状态肌肉血流生物阻抗检测机器学习深度森林模型

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高精度扫频式恒流源

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电子产品世界 2000年第2期7卷 39-39页

作者：沙洪中国医学科学院生物医学工程研究所

随着生物阻抗检测技术的发展,多频率、复阻抗方法得到了广泛的应用,这就对阻抗测量系统硬件的重要部分--恒流源提出了越来越高的要求;从单一频率到多频率甚至扫频,电路结构也从模拟恒流源到Howland电路.本文介绍我们设计的扫频式恒流源... 详细信息

随着生物阻抗检测技术的发展,多频率、复阻抗方法得到了广泛的应用,这就对阻抗测量系统硬件的重要部分--恒流源提出了越来越高的要求;从单一频率到多频率甚至扫频,电路结构也从模拟恒流源到Howland电路.本文介绍我们设计的扫频式恒流源,它具有扫频范围宽(接近1000:1)、波形失真小、输出阻抗高、电路结构简单的特点,可广泛用于阻抗法生物医学信息检测.图1为电路原理图.

关键词：扫频式恒流源阻抗测量系统生物阻抗检测

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