CN103190908A - 手持式电阻抗测量仪 - Google Patents

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手持式电阻抗测量仪，涉及一种人体电流检测装置，包括有主控芯片和阻抗变换器，主控芯片发出控制指令，控制阻抗变换器生成激励信号，阻抗变换器接收反馈电压信号，根据反馈的电压信号生成测量数据，并将测量数据传输至主控芯片进行存储，所述测量仪还包括有激励信号输出探头和反馈信号接收探头，激励信号输出探头通过导线Ⅰ与阻抗变换器的激励信号输出端连接，反馈信号接收探头通过导线Ⅱ将反馈电压信号输送至阻抗变换器。本发明通过导线Ⅰ和导线Ⅱ分别将激励信号输出探头和反馈信号接收探头引出，根据实际测试人体的需要而放置在测试位置，使用灵活，结构简单，便于携带。

Description

手持式电阻抗测量仪
技术领域
本发明涉及一种人体电流检测装置，特别是一种用于人体的手持式电阻抗测量仪。
背景技术
电阻抗成像是一种只需在物体表面进行测量，而重构出内部阻抗分布的手段。它通过注入电流到一个目标区域建立电场，随后对目标周边产生的电压进行测量。传统的电阻抗断层成像技术中，往往采用一个固定大小，固定电极位置的模型，然而，实际使用时由于人体个体差异，使得该固定电极的方式无法很好与体表接触而产生误差。同时，传统人体电阻抗测量仪需要与数据分析处理的电脑连接后才能用于人体测量，体积大，不易于携带，不适用于偏远地区需要出诊的情况使用。
发明内容
本发明的目的就是提供一种手持式电阻抗测量仪，它通过导线Ⅰ和导线Ⅱ分别将激励信号输出探头和反馈信号接收探头引出，根据实际测试人体的需要而放置在测试位置，使用灵活，结构简单，便于携带。
本发明的目的是通过这样的技术方案实现的，它包括有主控芯片和阻抗变换器，主控芯片发出控制指令，控制阻抗变换器生成激励信号，阻抗变换器接收反馈电压信号，根据反馈的电压信号生成测量数据，并将测量数据传输至主控芯片进行存储，所述测量仪还包括有激励信号输出探头和反馈信号接收探头，激励信号输出探头通过导线Ⅰ与阻抗变换器的激励信号输出端连接，反馈信号接收探头通过导线Ⅱ将反馈电压信号输送至阻抗变换器。
进一步，所述激励信号输出探头为圆柱形铜镀金探头，激励信号输出探头通过导线Ⅰ与环形电极片连接，环形电极片套在激励信号输出端。
进一步，所述反馈信号接收探头包括有内圆形电极和外圆环形电极，内圆形电极嵌于外圆环形电极内，导线Ⅱ与外圆形电极连接。
进一步，所述阻抗变换器为激励与测量一体化电阻抗转换芯片AD5933。
进一步，所述测量仪还包括有前端放大滤波电路，反馈信号接收探头接收的电压信号通过前端放大滤波电路处理后发送至阻抗变换器。
进一步，所述主控芯片型号为C8051F。
进一步，所述主控芯片包括有激励信号控制电路和数据存储电路，激励信号控制电路用于发送控制指令至阻抗变换器，控制阻抗变换器生成激励信号，数据存储电路用于接收并储存阻抗变换器发送的测量数据。
进一步，所述主控芯片包括有数据输出电路，数据输出电路通过无线或有线传输方式，将测量数据发送至上位机。
进一步，所述主控芯片包括有充电控制模块、显示屏接口电路和人机接口电路；
充电控模块用于控制电池的充电时间，并显示电池剩余电量；
显示屏接口电路，与显示屏连接，用于显示测量数据；
人机接口电路，用于输出控制指令。
进一步，所述人机接口电路包括有激励信号触发子电路和用于删除上一次测量并撤销上一次测量数据的删除子电路。
由于采用了上述技术方案，本发明具有如下的优点：
使用时，主控芯片控制阻抗变换器生成激励信号，激励信号通过导线Ⅰ和激励信号输出探头进入人体，形成一个目标区域电场，反馈信号接收探头对目标区域周边产生的电压进行测量，并将测量数据存储在主控芯片中，主控芯片将数据导入上位机，完成被测人体在三维空间上的电阻抗图像重构。
1、本发明适应性强，定位准确，摒弃了以往的固定电极位置的思路，而采用了根据不同测量病灶，不同测量个体，而制定相应的测量范围，测量方式的特点，从而很好的解决了由于个体差异产生的模型误差，以满足医护人员的需求；
2、反馈信号接收探头与皮肤表面的接触阻抗小，抗干扰能力强，测量漂移小，稳定性好；
3、本发明结构简单，可以与上位机分开使用，可以由电池提供工作电源，可以手持到各种环境中完成测量工作；
4、一台上位机可以完成多台手持式电阻抗测量仪的图像处理工作，降低了使用成本，提高了测量效率。
本发明的其他优点、目标和特征在某种程度上将在随后的说明书中进行阐述，并且在某种程度上，基于对下文的考察研究对本领域技术人员而言将是显而易见的，或者可以从本发明的实践中得到教导。本发明的目标和其他优点可以通过下面的说明书和权利要求书来实现和获得。
附图说明
本发明的附图说明如下。
图1为本发明的结构示意图；
图2为前端放大滤波电路的电路结构示意图；
图3为激励信号输出探头的结构示意图；
图4为反馈信号接收探头的结构示意图；
图5为本发明的检测流程图。
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
如图1所示，手持式电阻抗测量仪，包括有主控芯片和阻抗变换器，主控芯片发出控制指令，控制阻抗变换器生成激励信号，阻抗变换器接收反馈电压信号，根据反馈的电压信号生成测量数据，并将测量数据传输至主控芯片进行存储，所述测量仪还包括有激励信号输出探头和反馈信号接收探头，激励信号输出探头通过导线Ⅰ与阻抗变换器的激励信号输出端连接，反馈信号接收探头通过导线Ⅱ将反馈电压信号输送至阻抗变换器。使用时，主控芯片控制阻抗变换器生成激励信号，激励信号通过导线Ⅰ和激励信号输出探头进入人体，形成一个目标区域电场，反馈信号接收探头对目标区域周边产生的电压进行测量，并将测量数据存储在主控芯片中，主控芯片将数据导入上位机，完成被测人体在三维空间上的电阻抗图像重构。
如图3所示激励信号输出探头为圆柱形铜镀金探头，激励信号输出探头通过导线Ⅰ与环形电极片连接，环形电极片套在激励信号输出端。
为了提高电压信号的采集精度，如图4所示，反馈信号接收探头包括有内圆形电极和外圆环形电极，内圆形电极嵌于外圆环形电极内，导线Ⅱ与外圆形电极连接。反馈探头采用PCB工艺，每次注入电流由电极阵列的其中一个电极流入，由外圆环形电极流出，测量激励信号输出端与内圆形电极之间的电压值。可以避免因在反馈信号接收探头接触时的接触电阻上产生较大压降，而对测量精度产生影响。由于反馈信号接收探头的内圆形电极和外圆环形电极距离很近，可以近似两者具有相同电位。激励信号输出探头和反馈信号接收探头在接触人体时，需要配合使用医用导电膏，以进一步减小接触阻抗引起的测量误差。
阻抗变换器为激励与测量一体化电阻抗转换芯片AD5933。
测量仪还包括有前端放大滤波电路，反馈信号接收探头接收的电压信号通过前端放大滤波电路处理后发送至阻抗变换器。如图2所示，前端放大滤波电路包括有可编程增益放大器AD8330和差分放大器AD8130，反馈信号接收探头采集到的信号由AD8330以特定增益放大后再通过AD8130构成低通滤波器滤波输出。
主控芯片型号为C8051F。主控芯片包括有激励信号控制电路和数据存储电路，激励信号控制电路用于发送控制指令至阻抗变换器，控制阻抗变换器生成激励信号，数据存储电路用于接收并储存阻抗变换器发送的测量数据。主控芯片还包括有数据输出电路，数据输出电路通过无线或有线传输方式，将测量数据发送至上位机。主控芯片还包括有充电控制模块、显示屏接口电路和人机接口电路；充电控模块用于控制电池的充电时间，并显示电池剩余电量，使用锂电池提供工作电源，可以避免直接供电可能威胁被测人员的情况，同时也减小了测量仪的体积，工作电源也可以由室内电源提供；显示屏接口电路，与显示屏连接，用于显示测量数据，显示屏可以是4位LED显示屏，用于对测量信号的实时显示；人机接口电路，用于输出控制指令。主控芯片还可以与指示灯相连，指示灯用于显示测量仪的当前工作状态。人机接口电路包括有激励信号触发子电路和用于删除上一次测量并撤销上一次测量数据的删除子电路，工作人员通过触发子电路启动测量仪，使测量仪发出激励信号，由于测量过程中，操作失误可能引起的某点测量误差较大，而影响后续重构成像的结果，删除子电路可以删除上一次测量并撤销上一次测量数据。
本发明的规格尺寸能够实现自适应的阵列式点阵的逐点采集，用于在动态EIT 临床应用的支撑系统，在生理盐水中，其内部噪音小于1毫伏，电位漂移小于5毫伏/小时。通过物理模型实验对比了不同电极的频率响应、噪声特性，比较不同尺寸测量的二维成像的效果，选择最佳的人体EIT动态监测及测量点安放组合模式，在此基础上研制能对中心微弱电阻抗变化敏感的数据进行连续采集。
其系统参数性能如下：
（a）测量信噪比＞60dB；
（b）完成一点完全测量时间＜2S；
（c）系统工作频带：10kHz—1000kHz；
（d）幅值测量精度＜10-4-10-5V ；
（e）恒流源输出阻抗＞1MΩ；
（f）电导率异常的空间分辨率达到5mm,系统检测深度达到5cm；
（g）连续供电时间3小时左右，一次通常能够完成20位病人的检测。
如图5所示，具体测量步骤如下：
S1：确定测量部位与作为电压参考点的激励流出电极的位置；
S2：根据对测量精度的需求，对一次测量后关心的重点部位进行二次加密测量，确定加密后的测量点分布，如果实际需求还可以进行三次加密测量；
S3：根据测量位置及一次、二次及后续测量的需求制作相应的柔性表面覆膜或者标示线；
S4：按照上述柔性表面覆膜或者标示线的位置，依次放置电极并测量；
S5：获取相应测量电极间的电压信号并输入到运算处理器进行处理；
S6：当相应测量方式的所有激励及测量组合完成后，根据所有信号完成被测物体在三维空间上的电阻抗图像重构。
最后说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本技术方案的宗旨和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。

Claims (10)

1.手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述测量仪包括有主控芯片和阻抗变换器，主控芯片发出控制指令，控制阻抗变换器生成激励信号，阻抗变换器接收反馈电压信号，根据反馈的电压信号生成测量数据，并将测量数据传输至主控芯片进行存储，所述测量仪还包括有激励信号输出探头和反馈信号接收探头，激励信号输出探头通过导线Ⅰ与阻抗变换器的激励信号输出端连接，反馈信号接收探头通过导线Ⅱ将反馈电压信号输送至阻抗变换器。
2.如权利要求1所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述激励信号输出探头为圆柱形铜镀金探头，激励信号输出探头通过导线Ⅰ与环形电极片连接，环形电极片套在激励信号输出端。
3.如权利要求1所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述反馈信号接收探头包括有内圆形电极和外圆环形电极，内圆形电极嵌于外圆环形电极内，导线Ⅱ与外圆形电极连接。
4.如权利要求1所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述阻抗变换器为激励与测量一体化电阻抗转换芯片AD5933。
5.如权利要求1所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述测量仪还包括有前端放大滤波电路，反馈信号接收探头接收的电压信号通过前端放大滤波电路处理后发送至阻抗变换器。
6.如权利要求1所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述主控芯片型号为C8051F。
7.如权利要求6所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述主控芯片包括有激励信号控制电路和数据存储电路，激励信号控制电路用于发送控制指令至阻抗变换器，控制阻抗变换器生成激励信号，数据存储电路用于接收并储存阻抗变换器发送的测量数据。
8.如权利要求6所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述主控芯片包括有数据输出电路，数据输出电路通过无线或有线传输方式，将测量数据发送至上位机。
9.如权利要求6所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述主控芯片包括有充电控制模块、显示屏接口电路和人机接口电路；
充电控模块用于控制电池的充电时间，并显示电池剩余电量；
显示屏接口电路，与显示屏连接，用于显示测量数据；
人机接口电路，用于输出控制指令。
10.如权利要求9所述的手持式电阻抗测量仪，其特征在于：所述人机接口电路包括有激励信号触发子电路和用于删除上一次测量并撤销上一次测量数据的删除子电路。
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Denomination of invention: Handheld electrical impedance meter

Effective date of registration: 20220627

Granted publication date: 20150708

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Chongqing Yubei sub branch

Pledgor: CHONGQING JINSHAN SCIENCE & TECHNOLOGY (GROUP) Co.,Ltd.

Registration number: Y2022500000034

PC01 Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right
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Date of cancellation: 20231020

Granted publication date: 20150708

Pledgee: Agricultural Bank of China Limited Chongqing Yubei sub branch

Pledgor: Chongqing Jinshan Medical Technology Research Institute Co.,Ltd.|BEIJING ZHONGJIN SILICON VALLEY TECHNOLOGY CO.,LTD.|CHONGQING JINSHAN SCIENCE & TECHNOLOGY (GROUP) Co.,Ltd.

Registration number: Y2022500000034