CN109222934B - 用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法 - Google Patents

用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法 Download PDF

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Abstract

一种用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法，该系统包括：一共用电极对，用于采集人体的阻抗信号、肌电信号和心电信号；阻抗检测模块，用于向共用电极对输出激励电压，以及接收阻抗信号并处理得到阻抗数据；肌电检测模块，用于接收肌电信号并处理得到肌电数据；心电检测模块，用于接收心电信号并处理得到心电数据；以及测量控制模块，用于接收阻抗数据、肌电数据以及心电数据，并分别进行算法处理得到阻抗值、肌电值和心率，以及将肌电值、心率分别与各自的设定范围比较，根据比较结果对阻抗检测模块、肌电检测模块和心电检测模块的工作状态进行控制。本发明保证了测量条件的一致性，系统结构简单，便于使用和操作。

Description

用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法
技术领域
本发明涉及生物电阻抗检测技术领域，尤其涉及一种用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法。
背景技术
生物电阻抗检测技术是利用生物组织与器官的电特性及其变化提取与人体生理、病理状况相关的生物医学信息的一种无损伤检测技术。这种技术具有无创、廉价、安全、无毒无害、操作简单和功能信息丰富等特点，医生和病人易于接受。生物电阻抗的测量是通过一个直流电(DC)或交流电(AC)穿过人体进而感知压降。水和体液(例如血液和细胞内外的流体)提供导电介质。
目前，相对困难的是由于检测条件的复杂多样，导致采集的生物电阻抗数据误差加大，影响数学模型输出测量结果的准确度，其中肌肉紧张程度和心情紧张程度对检测结果的影响尤为明显：肌肉的紧张会加重肌肉组织的电活动，肌电信号增强，形成对生物电阻抗测量的干扰；心情的紧张会使神经电活动增强，造成电位变化，影响生物电阻抗的测量。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法，以期至少部分地解决上述提及的技术问题中的至少之一。
为实现上述目的，本发明的技术方案如下：
作为本发明的一个方面，提供一种用于生物电阻抗一致性测量的系统，包括：
一共用电极对，用于采集人体的阻抗信号、肌电信号和心电信号；
阻抗检测模块，其包括：
激励信号产生电路，用于向所述共用电极对输出激励电压；以及
阻抗信号处理电路，用于接收所述共用电极对采集的阻抗信号并处理得到阻抗数据；
肌电检测模块，包括肌电信号处理电路，用于接收所述共用电极对采集的肌电信号并处理得到肌电数据；
心电检测模块，包括心电信号处理电路，用于接收所述共用电极对采集的心电信号并处理得到心电数据；以及
测量控制模块，用于接收所述阻抗数据、肌电数据以及心电数据，并分别进行算法处理得到阻抗值、肌电值和心率，以及将肌电值、心率分别与各自的设定范围比较，根据比较结果对所述阻抗检测模块、肌电检测模块和心电检测模块的工作状态进行控制。
作为本发明的另一个方面，提供一种使用如上所述的系统进行生物电阻抗一致性测量的方法，包括以下步骤：
步骤A：采集并处理表面肌电信号以得到肌电值，判断若所述肌电值超出第一设定范围，则提示用户放松肌肉，并持续进行表面肌电信号的采集和处理直至肌电值在第一设定范围内；
步骤B：采集并处理心电信号以得到心率，判断若所述心率超出第二设定范围，则提示用户放松心情，并持续进行心电信号的采集和处理直至心率在第二设定范围内；
步骤C：判断若所述肌电值和心率分别在第一设定范围和第二设定范围内，则采集和处理阻抗信号以得到阻抗值，完成生物电阻抗测量；
其中步骤A和步骤B的执行不限定先后顺序。
基于上述技术方案，本发明的有益效果在于：
(1)在生物电阻抗测量之前，以表面肌电信号以及心率作为指标分别对相应的肌肉紧张程度以及心情紧张程度这两个关键测量条件进行一一检测，保证了测量条件的一致性，从而保证了生物电阻抗测量的精确度和可靠性。
(2)采用一共用电极对即可完成阻抗信号、肌电信号和心电信号的采集，简化装置结构，便于使用和操作。
附图说明
图1是本发明一实施例中用于生物电阻抗一致性测量的系统的结构方框图；
图2是本发明一实施例中共用电极对的结构示意图；
图3是本发明一实施例中用于生物电阻抗一致性测量的方法的流程示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本发明作进一步的详细说明。
本发明公开了一种用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法，在生物电阻抗检测前对肌肉紧张程度以及心情紧张程度进行测量，当该两个测量条件一致后，再进行生物电阻抗测量，保证了测量的准确度与可靠性。
具体地，本发明公开了一种用于生物电阻抗一致性测量的系统，如图1所示，包括：
一共用电极对，用于采集人体的阻抗信号、肌电信号和心电信号，本领域技术人员应当知晓，这里阻抗信号为激励电压通过人体后在共用电极对上产生的电压信号，该肌电信号和心电信号则分别为神经肌肉活动和心肌活动在共用电极对上产生的电压信号；
阻抗检测模块，包括激励信号产生电路，用于向共用电极对输出激励电压，以及阻抗信号处理电路，用于接收该阻抗信号并处理得到阻抗数据；
肌电检测模块，包括肌电信号处理电路，用于接收该肌电信号并处理得到肌电数据；
心电检测模块，包括心电信号处理电路，用于接收该心电信号并处理得到心电数据；以及
测量控制模块，用于接收该阻抗数据、肌电数据以及心电数据并分别进行算法处理得到阻抗值、肌电值和心率，以及将肌电值和心率分别和各自的设定范围比较，根据比较结果对该阻抗检测模块、肌电检测模块和心电检测模块的工作状态进行控制。
以下对系统的各组成部分作详细说明：
如图2所示，该共用电极对为片状结构，能放置于人体皮肤表面进行接触测量，其形状并不局限于图2所示，还可以是其他形状，其材料可选用铜镀金材料或铜镀Ag-AgCl材料等。
该激励信号产生电路产生的激励电压可以是例如小于5V的直流电压或例如不大于20kHz的交流电压；该阻抗信号处理电路包括第一放大电路和第一AD转换电路，该阻抗信号经第一放大电路选频放大后，由第一AD转换电路转为数字信号。
该肌电信号处理电路包括第二放大电路和第二AD转换电路，该肌电信号经第二放大电路选频放大后，由第二AD转换电路转为数字信号。
该心电信号处理电路包括第三放大电路和第三AD转换电路，该心电信号经第三放大电路选频放大后，由第三AD转换电路转为数字信号。
该测量控制模块对阻抗数据、肌电数据和心电数据分别进行的算法处理均为本领域中常规算法，且和本发明的创造性无关，故在此不作赘述。具体地，该测量控制模块包括单片机处理器以及电源管理电路，单片机处理器用于进行算法处理和模块控制；电源管理电路用于向各个模块供电。
该系统还包括信息提示模块，用于在测量控制模块的控制下向用户发出提示信息，例如当肌电数据超出其设定范围，作为示例，当肌电信号强度高于N值时，则提示用户放松肌肉；当心率数据超出其设定范围，作为示例，若一定时间内心率超过100次/秒，或心率变动超过10％时，则提示用户放松心情。
该测量控制模块根据比较结果对阻抗检测模块、肌电检测模块和心电检测模块的工作状态执行以下步骤的控制：
判断若肌电值超出第一设定范围，则控制信息提示模块向用户发出提示信息，并控制肌电检测模块持续工作直至肌电值在第一设定范围内；
判断若心率超出第二设定范围，则控制信息提示模块向用户发出提示信息，并控制心电检测模块持续工作直至心率在第二设定范围内；
判断若该肌电值和心率分别在第一设定范围和第二设定范围内，则该测量模块控制阻抗检测模块运行，并将其获得的阻抗数据进行算法处理得到阻抗值，完成生物电阻抗测量。
本发明还公开了一种使用上述用于生物电阻抗一致性测量的系统进行生物电阻抗一致性测量的方法，如图3所示，包括以下步骤：；
步骤A：采集并处理表面肌电信号以得到肌电值，判断若该肌电值超出第一设定范围，则提示用户放松肌肉，并持续进行表面肌电信号的采集和处理直至肌电值在第一设定范围内；
步骤B：采集并处理心电信号一得到心率，判断若该心率超出第二设定范围，则提示用户放松心情，并持续进行心电信号的采集和处理直至心率在第二设定范围内；
步骤C：若肌电值和心率均在各自的设定范围内，则采集和处理阻抗信号以得到阻抗值，完成生物电阻抗测量；
其中步骤A和B的执行不限定先后顺序。
综上所述，本发明用于生物电阻抗一致性测量的系统及方法，对相应的肌肉紧张程度以及心情紧张程度这两个关键测量条件进行一一检测，保证了测量条件的一致性，并且系统结构简单，便于使用和操作。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种用于生物电阻抗一致性测量的系统，其特征在于，所述系统由下述部分组成：
一共用电极对，用于采集人体的阻抗信号、肌电信号和心电信号；
阻抗检测模块，其包括：
激励信号产生电路，用于向所述共用电极对输出激励电压，所述激励电压为小于5V的直流电压或不大于20kHz的交流电压；以及
阻抗信号处理电路，用于接收所述共用电极对采集的阻抗信号并处理得到阻抗数据；
肌电检测模块，包括肌电信号处理电路，用于接收所述共用电极对采集的肌电信号并处理得到肌电数据；
心电检测模块，包括心电信号处理电路，用于接收所述共用电极对采集的心电信号并处理得到心电数据；以及
测量控制模块，用于接收所述阻抗数据、肌电数据以及心电数据，并分别进行算法处理得到阻抗值、肌电值和心率，以及将肌电值、心率分别与各自的设定范围比较，根据比较结果对所述阻抗检测模块、肌电检测模块和心电检测模块的工作状态进行控制；
所述系统还包括信息提示模块，用于在测量控制模块的控制下向用户发出提示信息；
所述测量控制模块根据比较结果对阻抗检测模块、肌电检测模块和心电检测模块的工作状态进行控制的步骤包括：
判断若所述肌电值超出第一设定范围，则控制信息提示模块向用户发送第一提示信息，并控制肌电检测模块持续运行至肌电值在第一设定范围内；
判断若所述心率超出第二设定范围，则控制信息提示模块向用户发送第二提示信息，并控制心电检测模块持续运行至心率值在第二设定范围内；
判断若所述肌电值和心率分别在第一设定范围和第二设定范围内，则控制所述阻抗检测模块运行，并对接收的所述阻抗数据进行算法处理得到阻抗值，完成生物电阻抗测量。
2.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述测量控制模块包括：
单片机处理器，用于进行算法处理和模块控制；以及
电源管理电路，用于为各个模块供电。
3.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述阻抗信号处理电路包括第一放大电路和第一AD转换电路，其中，所述阻抗信号经第一放大电路选频放大后，由所述第一AD转换电路转为数字信号；
所述肌电信号处理电路包括第二放大电路和第二AD转换电路，其中，所述肌电信号经第二放大电路选频放大后，由所述第二AD转换电路转为数字信号；
所述心电信号处理电路包括第三放大电路和第三AD转换电路，其中，所述心电信号经第三放大电路选频放大后，由所述第三AD转换电路转为数字信号。
4.根据权利要求1所述的系统，其特征在于：
所述共用电极对为片状结构，能够放置于人体皮肤表面进行接触测量；
所述共用电极对的材料为铜镀金材料或铜镀Ag-AgCl材料。
5.根据权利要求1所述的系统，其特征在于，所述激励信号产生电路输出的激励电压可以是直流电压或交流电压。
6.一种使用如权利要求1至5任意一项所述的系统进行生物电阻抗一致性测量的方法，其特征在于，所述方法包括以下步骤：
步骤A：采集并处理表面肌电信号以得到肌电值，判断若所述肌电值超出第一设定范围，则提示用户放松肌肉，并持续进行表面肌电信号的采集和处理直至肌电值在第一设定范围内；
步骤B：采集并处理心电信号以得到心率，判断若所述心率超出第二设定范围，则提示用户放松心情，并持续进行心电信号的采集和处理直至心率在第二设定范围内；
步骤C：判断若所述肌电值和心率分别在第一设定范围和第二设定范围内，则采集和处理阻抗信号以得到阻抗值，完成生物电阻抗测量。
7.根据权利要求6的方法，其特征在于，步骤A和步骤B的执行不限定先后顺序。
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