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基于虚拟仪器的混频生物阻抗测量系统

北京理工大学学报 2006年第1期26卷 53-56页

作者：王超章晓丽刘俊霞王化祥袁成刚天津大学电气与自动化工程学院天津300072

为获得同一时刻、不同频率下的生物阻抗信息,设计了基于虚拟仪器的混频生物阻抗测量系统.该系统硬件平台由自主开发的信号源模块和信号调理模块以及NI公司的PCI-6111板卡组成.对混频激励下阻抗信息的提取方法进行了研究,提出了基于虚参... 详细信息

为获得同一时刻、不同频率下的生物阻抗信息,设计了基于虚拟仪器的混频生物阻抗测量系统.该系统硬件平台由自主开发的信号源模块和信号调理模块以及NI公司的PCI-6111板卡组成.对混频激励下阻抗信息的提取方法进行了研究,提出了基于虚参考点的数据采集方法,利用LabVIEW实现数据的采集、分析处理、显示和存储等,大大提高了开发效率.通过与Agilent4294A阻抗分析仪进行比对,证明该系统具有较高的测量精度和准确性.

关键词：虚拟仪器生物阻抗测量数字解调

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用于生物阻抗测量的混频激励电流源

计量学报 2006年第4期27卷 392-396页

作者：王超郎健王化祥天津大学电气与自动化工程学院天津300072

通过分析生物阻抗测量系统的需求,设计了一种应用于生物阻抗测量的混频激励电流源。该电流源不仅频率和幅值可控,控制精度高,而且具有良好的模块化特点,可以方便地嵌入到其他系统中。同时还采用了EEPROM对电流源的配置信息进行存储,使... 详细信息

通过分析生物阻抗测量系统的需求,设计了一种应用于生物阻抗测量的混频激励电流源。该电流源不仅频率和幅值可控,控制精度高,而且具有良好的模块化特点,可以方便地嵌入到其他系统中。同时还采用了EEPROM对电流源的配置信息进行存储,使电流源具备上电时自动进行配置的功能。此外,电流源还可以根据上位机的指令和数据,进行扫频输出,自动产生不同频率成分的混频信号。给出了相应的硬件设计及软件控制流程。

关键词：计量学生物阻抗测量激励电流源电压控制电流源

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用于生物阻抗测量的双反馈电流源研究

生物医学工程学杂志 2006年第4期23卷 704-707页

作者：王超王湘嵛孙宏军王化祥天津大学电气与自动化工程学院天津300072

针对生物阻抗测量中电流源在较高频率时,恒流特性较差的问题,以及对其消除直流信号能力的要求,设计了双反馈电流源方案,基于第二代电流传输器(CC II)原理设计的电压控制电流源,通过增加直流反馈单元和输入缓冲,获得了良好的输出阻抗和... 详细信息

针对生物阻抗测量中电流源在较高频率时,恒流特性较差的问题,以及对其消除直流信号能力的要求,设计了双反馈电流源方案,基于第二代电流传输器(CC II)原理设计的电压控制电流源,通过增加直流反馈单元和输入缓冲,获得了良好的输出阻抗和抗直流特性,并通过使用直接数字合成(DDS)和乘法解调技术,实现了电流幅值的闭环控制,进一步提高了电流源的恒流特性。

关键词：生物阻抗测量第二代电流传输器电压控制电流源直接数字合成双反馈

基于FPGA的生物阻抗测量系统及细胞模型的电阻抗图像重建

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基于FPGA的生物阻抗测量系统及细胞模型的电阻抗图像重建

作者：李树东天津科技大学

学位级别：硕士

生物组织介电特性是生物体的固有属性,指的是生物组织或器官在电磁场中产生的被动电学响应特性。生物阻抗测量技术是利用生物组织介电特性,提取与生物组织或器官生理、病理状况相关的医学信息检测技术,其基本测量方式是通过体表电极向... 详细信息

生物组织介电特性是生物体的固有属性,指的是生物组织或器官在电磁场中产生的被动电学响应特性。生物阻抗测量技术是利用生物组织介电特性,提取与生物组织或器官生理、病理状况相关的医学信息检测技术,其基本测量方式是通过体表电极向被测对象施加安全激励信号,并使用体表电极检测相应的电压变化,该技术无创、无害、廉价、简单的特点使其具有广泛的应用价值。为获得更丰富的阻抗信息,论文针对传统阻抗仪和实验室现有阻抗测量系统激励模式单一、操作复杂、体积庞大、灵活性差等缺点,设计了基于FPGA的生物阻抗测量系统,该系统具有单频、多频和混频的激励模式,激励频率0～20MHz,最高采样率50MHz,提供上位机运行和脱机运行。同时,为了在进行生物组织阻抗测量前,利用针对性的仿真指导后续研究,论文进行了基于细胞模型的电阻抗图像重建实验。论文的主要工作有:（1）设计了基于FPGA的生物阻抗测量系统硬件电路。硬件电路由FPGA核心电路、电源电路、输出通道电路、前向通道电路和通信与人机交互接口电路五部分组成。设计制作了面积160mmx 130mm,厚度1.5mm的四层PCB。（2）基于硬件电路和Verilog硬件描述语言,利用Quartus Ⅱ和ModelSim,按照“自顶向下,自下而上”的设计原则和底层模块的设计流程,设计了生物阻抗测量系统数字电路。数字电路系统由多个底层功能模块拼接而成,所有底层模块均通过编写测试激励完成了功能仿真验证。（3）进行了系统电源和晶振的输出测试,并将部分底层模块拼接输出配置文件,下载至FPGA中进行了板级验证,实现了软硬件联合测试。（4）采用COMSOL与Matlab联合仿真方法,设计了 16电极的圆形场域模型和频率矩阵,通过数据处理和共轭梯度图像重建算法,进行了 1～500MHz内5个频点的电阻抗图像重建实验。实验结果完全吻合细胞频散理论,且在100MHz时成功区分出正常/异常细胞。

关键词：介电特性生物阻抗测量 FPGA 多模式激励频域仿真

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基于微控制器的生物阻抗测量系统设计研究

基于微控制器的生物阻抗测量系统设计研究

作者：王义涛华北理工大学

学位级别：硕士

生物阻抗测量是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律分析组织成分、结构和病理状况相关的生物医学信息的检测技术,分析研究这一技术意义重大。针对当前生物阻抗测量技术存在的问题,从硬件电路和软件程序设计等方面设计了便携式... 详细信息

生物阻抗测量是一种利用生物组织与器官的电特性及其变化规律分析组织成分、结构和病理状况相关的生物医学信息的检测技术,分析研究这一技术意义重大。针对当前生物阻抗测量技术存在的问题,从硬件电路和软件程序设计等方面设计了便携式生物阻抗测量系统,实现了生物阻抗的精准测量。本课题的主要工作如下:1)完成了生物阻抗测量系统的硬件设计。系统硬件包括电源模块、测量模块、控制模块和通信模块。电源模块采用USB和锂电池组两种供电方式,并对供电电路进行了设计。选用AD5940芯片作为阻抗测量模块的核心,设计了阻抗测量电路。控制模块采用STM32F411RET6作为微控制器进行控制和数据处理。根据上位机的不同,通信模块分别采用了USB和Wi Fi两种通信方式,实现了下位机与上位机之间的通信。使用Altium Designer设计了2层PCB板,实现了系统硬件的集成。2)完成了生物阻抗测量系统的软件设计。系统软件包括下位机软件、PC端软件和手机APP。用C语言设计了下位机软件,包括串口通信程序、SPI通信程序和阻抗测量程序;用Matlab语言设计了PC端软件,包括登录界面、串口通信、参数设置窗口、绘图窗口和数据显示窗口;用Java语言设计了手机APP,包括登录界面、Wi Fi连接界面和主界面。3)对生物阻抗测量系统进行了测试。分别对USB和锂电池组供电时的电源纹波进行测试,USB供电时,5.0V的纹波系数为1.32%,3.3V的纹波系数约为0.8%;锂电池组供电时,5.0V的纹波系数为0.84%,3.3V的纹波系数为0.33%。对晶振和通信模块进行了测试,晶振起振正常,通信模块收发正常。4)用生物阻抗测量系统在0.01Hz～200k Hz频率范围对电阻进行测量,并将测量结果与Fluke 289C高精度数字万用表的测量结果进行对比,得到系统的平均相对误差为0.11%,信噪比为70.15d B。然后,对生物组织的等效电路模型进行测量,并将测量结果与Gamry Reference 600的测量结果进行对比,得到系统的幅值平均绝对误差为-0.64Ω,相角为-0.447°。最后对2名志愿者的右臂进行测量,测量数据与相关研究结果相吻合。此生物阻抗测量系统具有体积小、精度高、频率范围宽和测量稳定可靠的优点,可以为生物医学信息的检测提供方法参考和技术支持。图[55]幅;表[6]个;参[57]篇。

关键词：生物阻抗测量便携式 AD5940 手机APP

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生物阻抗的测量方法与实现

生物阻抗的测量方法与实现

作者：孙伟天津师范大学

学位级别：硕士

生物阻抗是反映人体或其构成部分，即人体组织、器官、细胞等电学性质的物理量，通过人体阻抗我们可以了解人体组织的生理状态和临床状态。但目前现有的生物阻抗测量系统往往造价高、体积大、或者精度不够精确，开发效率低下，难于在临... 详细信息

生物阻抗是反映人体或其构成部分，即人体组织、器官、细胞等电学性质的物理量，通过人体阻抗我们可以了解人体组织的生理状态和临床状态。但目前现有的生物阻抗测量系统往往造价高、体积大、或者精度不够精确，开发效率低下，难于在临床中应用。本文研究并实现了生物阻抗测量系统的信号发生部分和信号采集部分。在信号发生部分采用AD公司的ADuC847微处理器作为核心微处理器;信号采集部分采用Atmel公司的AT91RM9200微控制器芯片和TI公司的ADS1256芯片作为核心芯片。这些芯片有效提升了系统精确度等性能。本文选用的嵌入式Linux操作系统为信号采集部分提供了软件开发平台，并且通过编写的ADC设备驱动程序，不但为嵌入式应用软件的开发提供了强大的接口函数，而且有效地提升了系统的可移植性与可扩展性。此外，本文还在Linux操作系统的基础上编写了嵌入式应用软件，用于处理采集上来的数据，最后再上传给上位PC机。综上所述，本课题所实现的生物阻抗测量系统具有高精度、可靠性高、功耗低，成本低、移植性好等特性。

关键词：生物阻抗测量生物阻抗测量系统 ADuC847 AT91RM9200 嵌入式Linux操作系统

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数字式生物电阻抗与电阻抗断层成像测量系统

生物医学工程学杂志 2015年第3期32卷 575-580页

作者：陈晓艳高娜娜黄华芳天津科技大学电子信息与自动化学院天津300222

构建了以ATmega16单片机为控制核心,8个AD5933为数字电极,nRF24L01为无线通信模块的数字式生物电阻抗与电阻抗断层成像（EIT）测量系统。详细阐述了系统结构、电路设计、系统测试、动物组织阻抗测量及EIT成像。经测试,系统相对测量误差... 详细信息

构建了以ATmega16单片机为控制核心,8个AD5933为数字电极,nRF24L01为无线通信模块的数字式生物电阻抗与电阻抗断层成像（EIT）测量系统。详细阐述了系统结构、电路设计、系统测试、动物组织阻抗测量及EIT成像。经测试,系统相对测量误差可达0.42%,信噪比达76.3dB。该系统不仅可采用二电极法在1~100kHz范围内进行扫频式阻抗测量,而且能实现EIT成像。对SD幼鼠解剖后的组织进行阻抗测量,测量结果显示,数据有效,经最小二乘法拟合,符合Cole-Cole理论,验证了该系统阻抗测量的可行性与有效性;通过盐水槽实验,对场域中物体的分布图像进行重构,重建图像与实际分布吻合,成像效果良好。该系统很大程度上提高了前端测量信号的有效性以及系统的稳定性。

关键词：数字式电极生物阻抗测量电阻抗断层成像 AD5933 无线通信

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生物阻抗动态信息提取与处理关键技术研究

生物阻抗动态信息提取与处理关键技术研究

作者：章晓丽天津大学

学位级别：硕士

生物阻抗测量技术(Bio-Impedance Measuring Technology,BIMT)是利用生物组织与器官的电特性(阻抗、导纳、介电常数)及其变化,提取与人体生理、病理相关信息的一种无损伤检测技术。它对于血液、气体、体液和不同的组织成分具有独特的鉴... 详细信息

生物阻抗测量技术(Bio-Impedance Measuring Technology,BIMT)是利用生物组织与器官的电特性(阻抗、导纳、介电常数)及其变化,提取与人体生理、病理相关信息的一种无损伤检测技术。它对于血液、气体、体液和不同的组织成分具有独特的鉴别能力,具有无创、廉价、安全、操作简单、信息丰富等特点,因此在临床诊断、健康检测等方面具有广泛的应用前景。在本论文研究中,作者完成了以下几方面的工作:1、根据生物阻抗测量原理,实现了基于虚拟仪器的数字化混频生物阻抗测量系统,并针对信号采集和数字解调存在的问题对系统进行优化,实现了系统在较宽频带内对人体阻抗的动态测量。2、应用有源电极和电缆驱动技术,提高了测量系统的信噪比和抗杂散电容能力,同时分析了测量系统误差产生的原因,并对误差进行补偿,提高了系统的测量精度。3、对基于DFT的混频信号解调方法进行研究,通过仿真计算,分析了DFT能量泄漏与栅栏效应对正弦信号测量结果的影响,分别应用插值DFT方法、虚参考矢量方法、插值DFT与虚参考向量相结合的方法对测量结果进行补偿,并对仿真结果进行分析,通过实验验证了虚参考矢量方法的补偿作用。4、根据生物阻抗测量信号的特点,应用二进小波变换方法对生物阻抗信号进行处理,对人体血气阻抗信号进行分离,提取信号的时频特征。5、结合相关医学背景,设计人体肺功能检测实验,提出基于小波变换的生物阻抗信号能量分析法,对人体在不同生理状态下肺部阻抗的血气比进行了分析。最后,针对系统存在的不足,提出了一些建议。

关键词：生物阻抗测量混频激励动态信息检测离散傅立叶变换解调小波变换肺功能检测

基于生物阻抗水肿检测的血透、心衰病人远程监护及服务平台

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基于生物阻抗水肿检测的血透、心衰病人远程监护及服务平台

作者：喻聪龙东南大学

学位级别：硕士

水肿是指人体组织间隙的体液潴留导致组织器官浮肿的现象,它是全身气化功能障碍的一种表现,通常预示着疾病(如心衰、肾衰)的产生。生物阻抗测量技术由于安全无创、测量准确、信息丰富的特点在临床上得到了广泛应用。将生物阻抗测量技术... 详细信息

水肿是指人体组织间隙的体液潴留导致组织器官浮肿的现象,它是全身气化功能障碍的一种表现,通常预示着疾病(如心衰、肾衰)的产生。生物阻抗测量技术由于安全无创、测量准确、信息丰富的特点在临床上得到了广泛应用。将生物阻抗测量技术与水肿检测相结合,检测血透、心衰患者临床治疗时水肿部位的生物阻抗变化,对于血透、心衰临床病人健康状况的实时监护具有重要应用价值。论文基于生物阻抗测量与水肿检测技术研发了血透、心衰病人远程监护及服务平台。平台主要分为两个部分：生物阻抗水肿检测系统和医患交流平台。生物阻抗水肿检测系统由硬件电路、软件系统和水肿监护客户端组成。其中硬件电路分为无线通信、微处理器、幅相信号检测、DDS电流激励模块、幅相信号处理五个模块。采用测量电极输入DDS激励电流,幅相检测模块对用户局部生物阻抗进行多频测量。测量信号经过幅相信号处理模块,最终由无线通信模块传送至Android客户端进行实时显示。医患交流平台部署在阿里云服务器上,包含平台登录、用户信息管理和医患交流三个模块。专家依据用户上传信息构建患者的生理参数大数据模型,用户根据专家提出的指导建议进行恢复治疗。论文利用生物阻抗水肿检测系统对30名血透、心衰临床病人进行下肢组织阻抗测量,并记录相关阻抗信息。以脱水量表征水肿程度,阻抗幅值变化率表示生物阻抗的变化。通过研究被测组织水肿程度与生物阻抗变化之间的关系,探寻血透、心衰患者的临床监护指标。实验结果表明：生物阻抗测量的幅度值随着水肿程度的降低而增大。当水肿程度为严重、一般和轻微时,对应阻抗幅值变化率表现出较为明显的差异。这个结果可以初步作为血透、心衰病人临床治疗的评估指标。实验研究成果不仅在血透、心衰患者临床实时监护和有效预后方面拥有很大的应用前景,对于普通用户运动时身体状况的监控和老年群体健康状况的监护也有着重要意义。

关键词：心力衰竭血液透析水肿生物阻抗测量医患交流平台评估指标