生物阻抗的测量方法与实现

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1、独创性声明本人声明所呈交的论文是我个人在导师指导F进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外．论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得鑫洼蕴蒸盘鲎或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。与我一同工作的同志对本研究所傲的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。学位论文版权使用授权书本人完全了解天津师范大学有关保留、使用学位论文的规定，即：学校有权将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，并采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编以供查阅和借阅。同意学校向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁盘

2、。(保密的论文在解密后应遵守此规定)签名：液的血管，其长度为L，横截面积为A，血液电阻率为p，则其总电阻：R=p告=p等(1．1)其中v为该段血管容积。当施加的交变电流频率较高时，其总阻抗z的95％为电阻R，可用z取代R得：矿，D竺。Z考虑介质均匀，其电流不变时，p和LI匀保持不变，对两端微分可得肌一哮心(1．2)(1．3)其中z。表示人体基础阻抗。上式表明电阻抗的变化起因于血液容积的变化，而电阻抗变化量与血液容积变化量成正比，由此就可以实现生物阻抗的无创测量用。1．3生物阻抗测量方法生物组织阻抗的测量的方法有很多种，常用的方法有电桥法、双电极法、四环电极法和四

3、电极法【8】。经过对各种方法优缺点的分析，本文采用了四电极法。1．3．1电桥法电桥法是早期测量生物阻抗的方法之一，其基本方法是：将被测生物组织接于电桥的一个臂上，两个比率臂上分别接一电阻，平衡臂则多用可变电阻R和可变电器c并联而成。当两个比率臂上电阻的阻值相等时，阻抗电桥成为对照电桥。在电桥平衡时，平衡臂的电阻R和电容c就等效为被测生物组织并联等效电路的电阻和电容。如果将R和c串联于平衡臂上，电桥平衡时，新的电阻R和电容c就等效为被测生物组织串联等效电路的电阻和电容。采用电桥测量时，由于平衡臂上电阻R和电容C～般都是采用电阻箱和电容箱，调节范围比较小，精度也不高

4、，调节电桥平衡比较困难，因此在实际应用4中，此方法现已不多用【8101．3．2双电极法双电极测量技术是将幅值恒定的交变电流通过一对电极引入被测生物组织，再通过同一对电极将其两端的电压检测出。由于双电极测量在使用中，电极下被测组织中的电流密度高于被测组织其它部位的电流密度，即电流分布不均匀，这样组织各个部分对阻抗的贡献就不同，从而使测得的阻抗与实际阻抗有较大的误差。同时，电极和生物组织之间还存在接触电阻，且该电阻还不稳定，这又将引入测量误差。另外，电流流过电极和生物组织电解液时还将产生极化现象，在低频时极化误差比较严重。因此，在精确测量生物组织阻抗时，双电极法已逐

5、步被四电极法替代n1．3．3四环电极法四环电极测量系统由三对测量电极组成，其中一对电流电极，一对电压电极和一对保护电极。两个电流电极分别与两个保护电极相连，然后再与一恒流源相接，通过这两对电极将幅值恒定的交变电流引入生物组织，再通过两电压电极检测出被测部位的电位差。由于四环电极测量技术要求：(1)被测生物组织的形状必须切成扁平状；(2)两组环形电极的中心对准和平行度对结果有一定影响；(3)生物组织的电特性各向同性。因此，四环电极测量技术一般用于生物组织的离体测量，而在体测量中仍较少采用【引。1．3．4四电极法典型的四电极测量系统包含两对电极，一对电极(电流电极)

6、将恒定幅值的交变电流引入生物组织，另一对电极(电压电极)介于两电流电极之间，将检测出被测部位的电位差。由于四电极测量系统中供电电极与测量电极分离，电压电极处于电流密度分布比较均匀的中间段，当采用高输入阻抗的电压放大器时，电压电极与被测组织间的接触电阻可以忽略不计，同时电极与生物组织电解液之间的极化也可以忽略5不计。所以，四电极法比较好的克服了双电极法存在的问题，从而慰蟊蠹熬蒜菱蟊裂囊雾荔冀誊曼耙囊器囊篓薹鍪蠡塑薄囊蔫；引引謦羹爱藉囊篙霉缡舞瑟矍篓萋羹篓鏊瑟萱牟出嚣残i莲擎翻戮囊鬻墨朵爨裟於萎蠢囊；ik嚣鏊i碍i。墨努掣鄹射黝引粪搿四墓一簿蚓镏矬罐；剀到雾菖不

7、驱

8、薯芫成布置；茬毖箍胖堕蚕那}豁口旗弼霪数据提供薹j裂辔氛誊烈裂苏霸蓦*藿；i。凳舄驱使，达到短期目标，处于中上等水平。根据情形尽量以最小代价完成布置的任务’第二章生物阻抗测量系统的设计本章先介绍了国内外现有生物阻抗测量系统的发展状况，并对其优缺点进行分析。此外，本章提出了一种新的方案，以解决当前国内外生物阻抗测量系统存在的各种问题。最后，本章详细说明了新方案的整体框架，以及新方案在硬件和软件方面的设计方案。2．1目前国内外生物阻抗测量系统的发展状况近些年来，国内外对生物阻抗测量系统开发的公司和学校逐渐增多，已有的各种生物阻抗测量系统在信号发生部分、采集精度、性价

9、比、软件、便携性等特性方