CN104083169B - 基于均匀阻抗模型的bis系统验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及涉及生物阻抗检测设备中的信号采集装置，具体公开了一种基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法。本发明所述的验证方法运用均匀阻抗模型的方式设计复阻抗电路板，来解决实际的生物组织进行测量具有准确分析辨别接触不良或测量不准的问题，从而简化操作环境以及便于根据该复阻抗电路板对电极排布方式、电极间距进行仿真建模及验证。

Description

基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法
技术领域
本发明属于生物阻抗检测设备中的信号采集装置，具体涉及一种基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法。
背景技术
生物阻抗频谱(BioelectZical impedance spectZoscopy，简称“BIS”)是以目标体复阻抗抗的变化为随着注入激励信号的频率变化而变化的一种生物组织检测技术。该技术对人体无创无害，系统结构简单，测量简便，对癌症组织的检验方面具有广泛的应用前景。现有BIS系统通常是借助置于生物组织上的激励电极向被测对象施加微小的交变电流(电压信号)，同时通过采集电极检测组织表面的电压(电流信号)由所采集信号计算出相应的复阻抗抗及其变化，获取相关的生理和病理信息。
然而在BIS测量过程中，存在着接触阻抗，在不同频点下信号输出的差异，电流源的输出阻抗随负载阻抗的影响，不同的激励采集模型对我们测量的影响(电极排列方式)。这个模型的目的在于理想化操作环境，对于测量过程中遇到上述问题便于分析解决问题。因此，在现有技术中一般通过对实际的生物组织进行测量，但遇到接触不良、电流源输出阻抗过低等引起的测量不准等问题时不便于分析。鉴于此，本发明提出了一种基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法。
发明内容
针对上述现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种用于分析辨别接触不良或测量不准的基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法，从而简化操作环境以及便于根据该复阻抗板对电极排布方式、电极间距进行仿真建模及验证。
为了实现上述目的，本发明所采用的技术方案如下：
一种基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法，具体步骤包括：
根据系统中信号采集电极的排列方式选择连接点；
当电极排列方式为等间距的四边形或“一”字形的四电极模型时，选择复阻抗电路板上等距的连接点作为四个测量点；
通过复阻抗电路板上仿真电路模拟四个测量点间不同激励方式，测出该电路在不同频率下的阻抗值；
将测得仿真电路的阻抗值与BIS系统测量的实际阻抗值进行对比验证。
优选地，所述复阻抗板包括基板和设置于基板上的均匀阻抗模型，所述均匀阻抗模型由相同的多个复阻抗网络式连接而成，所述复阻抗网络式连接为所述复阻抗间的连接点至少包括五个且均匀分布于同一基板平面上，其中一连接点位于基板中心，其他连接点分别以四个连接点为单元且与位于基板中心处的连接点呈中心对称的圆周排布。
进一步地，每个单元的四个连接点分别位于正方形的各顶点处。
进一步地，每个单元的连接点连接构成的几何图形间相互呈平行态。
更进一步地，每个单元间相邻连接点连接构成等腰梯形，其中每个等腰梯形的一对对角连接点间连线倾斜方向为同向旋转且两连接点间设置有一复阻抗。
优选地，当电极排列方式为等间距四边形的四电极模型时，选择连接点为A、B、C、D或E、F、G、H或I、L、J、K连接构成的正方形的四个测量点。
优选地，当电极排列方式为等间距“一”字形的四电极模型时，选择连接点为E、A、C、G或I、A、C、K连接构成直线形的四个测量点。
优选地，当仿真电路的阻抗值与BIS系统测量的实际阻抗值差值比大于5％时，BIS系统需要进行修正。
采用上述技术方案后，本发明和现有技术相比所具有的有益效果是：通过采用均匀阻抗模型的方式设计复阻抗板及方法，对解决实际的生物组织进行测量具有准确分析辨别接触不良或测量不准的问题，从而简化操作环境以及便于根据该复阻抗板对电极排布方式、电极间距进行仿真建模及验证。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明实施例所述BIS系统验证方法的流程图。
图2是本发明实施例所述复阻抗电路板结构示意图。
图3是本发明实施例所述均匀阻抗模型电路图。
图4是本发明所述生物组织细胞等效模型电路图。
附图标记：
1-复阻抗板，2-均匀阻抗模型，O-基板中心连接点，Z-复阻抗，A、B、C、D、E、F、G、H、I、G、K-测量点。
具体实施方式
以下所述仅为本发明的较佳实施例，并不因此而限定本发明的保护范围。
如图1至图3所示，本发明提供了一种基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法，具体步骤包括：
步骤一：根据系统中信号采集电极的排列方式选择连接点。
在实际应用中所用电极排列方式有多种，比如：常用电极排列方式为方形或“一”字形排列，因此根据所采用探针的电极排列方式来选择连接点，克服了现有技术存在的局限性。
步骤二：当电极排列方式为等间距的四边形或“一”字形的四电极模型时，选择复阻抗电路板上等距的连接点作为四个测量点。
在本实施例中，当电极排列方式为等间距四边形的四电极模型时，选择连接点为A、B、C、D或E、F、G、H或I、L、J、K连接构成的正方形的四个测量点；当电极排列方式为等间距“一”字形的四电极模型时，选择连接点为E、A、C、G或I、A、C、K连接构成直线形的四个测量点。由于该系统采用均匀阻抗模型，因此避免了设置通断开关以及操作过程的复杂性。
步骤三：通过复阻抗电路板上仿真电路模拟四个测量点间不同激励方式，测出该电路在不同频率下的阻抗值。
在四电极测试模型中信号分为激励信号(包括激励正信号和激励负信号)和采集信号(包括采集正信号和采集负信号)。当电极排列方式为等间距四边形的四电极模型时，该BIS系统测试下激励方式为两个相邻电极间激励，另外两电极为信号采集，比如：测量点A添加激励正信号，测量点B添加激励负信号，测量点D接收采集正信号，测量点C接收采集负信号；当当电极排列方式为等间距“一”字形的四电极模型时，该BIS系统的激励方式为两边电极添加激励电极，中间两电极作为采集电极，比如：测量点E添加激励正信号，测量点A接收采集正信号，测量点C接收采集负信号，测量点G添加激励负信号。
步骤四：将测得仿真电路的阻抗值与BIS系统测量的实际阻抗值进行对比验证。其中，当仿真电路的阻抗值与BIS系统测量的实际阻抗值差值比大于5％时，该BIS系统需要进行修正，以保证与仿真电路的测试结果相接近。
继续如图2和图3所示，所述复阻抗电路板包括基板1和设置于基板1上的均匀阻抗模型2，所述均匀阻抗模型2由相同的多个复阻抗网络式连接而成，所述多个复阻抗网络式连接为所述复阻抗Z间的连接点至少包括五个且均匀分布于同一基板1平面上，其中一连接点O位于基板1中心，其他连接点分别以四个连接点(A、B、C、D或E、F、G、H或I、J、K、L)为单元且与位于基板中心处的连接点O呈中心对称的圆周排布。
为便于仿真均匀阻抗建模，在本实施例中，每个单元的四个连接点分别位于正方形的各顶点处。而且每个单元的连接点连接构成的几何图形间相互呈平行态。另外，每个单元间相邻连接点连接构成等腰梯形，其中每个等腰梯形的一对对角连接点间连线倾斜方向为同向旋转且两连接点间设置有一复阻抗Z。
其中，在基板1上的连接点为A、B、C、D或E、F、G、H或I、L、J、K连接构成的正方形，且构成的正方形相互间平行，以便于呈等距的四边形排列的待测四电极接触后系统验证；而在基板1上的连接点为E、A、C、G或I、A、C、K连接构成直线形且各连接点间等距，以便于“一”字形的待测四电极接触后系统验证。
继续如图4所示的生物组织等效模型电路图，本发明实施例中所述复阻抗Z均等效为一复阻抗Z，计算复阻抗Z的公式为：Z＝Z'+jZ″(Z'为实部，Z″为虚部)。
实部Z'的计算公式如下：
虚部Z″的计算公式如下：
其中，Re是细胞外液复阻抗，Rm是细胞膜复阻抗，Cm细胞膜并联电容，Ri细胞内液复阻抗，ω为角频率，ω＝2πf(f是信号的频率)。由上述公式可知，当取不同值的电容和复阻抗时，表示不同的生物组织。
在本实施例中所述复阻抗板避免了复阻抗间连接不需要设置开关通断，只需要将BIS系统中采集电极与复阻抗板上的测量点连接，就能方便地对BIS系统与仿真电路进行对比验证。
上述内容仅为本发明的较佳实施例，对于本领域的普通技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (6)

1.一种基于均匀阻抗模型的BIS系统验证方法，具体步骤包括：
根据系统中信号采集电极的排列方式选择连接点；
当电极排列方式为等间距的四边形或“一”字形的四电极模型时，选择复阻抗电路板上等距的连接点作为四个测量点；所述复阻抗电路板包括基板和设置于基板上的均匀阻抗模型，所述均匀阻抗模型由相同的多个复阻抗网络式连接而成，所述复阻抗网络式连接为所述复阻抗间的连接点至少包括五个且均匀分布于同一基板平面上，其中一连接点位于基板中心，其他连接点分别以四个连接点为单元且与位于基板中心处的连接点呈中心对称的圆周排布；
通过复阻抗电路板上仿真电路模拟四个测量点间不同激励方式，测出该电路在不同频率下的阻抗值；
将测得仿真电路的阻抗值与BIS系统测量的实际阻抗值进行对比验证。
2.根据权利要求1所述的BIS系统验证方法，其特征在于，每个单元的四个连接点分别位于正方形的各顶点处。
3.根据权利要求1所述的BIS系统验证方法，其特征在于，每个单元的连接点连接构成的几何图形间相互呈平行态。
4.根据权利要求3所述的BIS系统验证方法，其特征在于，每个单元间相邻连接点连接构成等腰梯形，在每个等腰梯形的其中一条对角线上均设置一复阻抗，且设置有复阻抗的所有对角线倾斜方向为同向旋转。
5.根据权利要求1所述的BIS系统验证方法，其特征在于，当电极排列方式为等间距四边形的四电极模型时，选择连接点为A、B、C、D或E、F、G、H或I、L、J、K连接构成的正方形的四个测量点。
6.根据权利要求1所述的BIS系统验证方法，其特征在于，当电极排列方式为等间距“一”字形的四电极模型时，选择连接点为E、A、C、G或I、A、C、K连接构成直线形的四个测量点。
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