发明内容
本发明提供一种人体电生理信号频率功能检测装置,可以方便、准确地检测使用者的生理参数。
本发明提供一种人体电生理信号频率功能检测装置,采用如下技术方案:
所述人体电生理信号频率功能检测装置包括六个检测电极、信号发生模块和数据处理模块,所述检测电极、所述信号发生模块和所述数据处理模块三者均相互连接;
其中,两个所述检测电极用于放置在使用者的头部,两个所述检测电极用于放置在使用者的双手,两个所述检测电极用于放置在使用者的双脚,六个所述检测电极之间构成多个回路;
所述信号发生模块用于向所述检测电极和所述数据处理模块产生脉冲信号;
所述数据处理模块用于接收所述脉冲信号和所述检测电极的反馈信号,并根所述据脉冲信号和所述反馈信号得到每个回路的生理参数数据(R1,C),R1为实测人体电阻值,C为实测人体电容值,并根据所述生理参数数据(R1,C)得到使用者的每个回路之间区域的组织功能参数X和组织结构参数Y。
可选地,每两个所述检测电极之间构成一个回路,且每个回路的正负极可变换,六个所述检测电极共可构成22个回路。
可选地,所述脉冲信号为频率为3Hz±0.3Hz,脉冲宽度为85ms±20ms,振幅为50μA的方波电流。
可选地,所述根据所述脉冲信号和所述反馈信号得到每个回路的生理参数数据(R1,C)包括:
确定所述脉冲信号和所述反馈信号之间具有如下关系:
其中,H(S)为所述脉冲信号与所述反馈信号的幅度差,S为所述脉冲信号的相位,R2为可调电阻;
根据H(S)计算R1值:
根据所述反馈信号和所述脉冲信号之间的相位差ΔS计算C值:
可选地,根据使用者的年龄、温度、性别对可调电阻R2进行校正,校正公式为:
其中,Ta表示环境的实际温度,Ts表示环境的标准温度,Aa表示使用者的实际年龄,As表示标准年龄,KT为温度校正系数,KA为年龄校正系数,KS为性别校正系数。
可选地,所述根据所述生理参数数据(R1,C)得到使用者的每个回路之间区域的组织功能参数X和组织结构参数Y包括:
根据以下公式计算组织功能参数X:
根据以下公式计算组织结构参数Y:
其中,C0为标准电容值,C为实测人体电容值,R0为标准电阻值,R1为实测人体电阻值,KX为功能校正系数,KY为结构校正系数。
可选地,所述数据处理模块还用于将组织功能参数和组织结构参数分别划分多个等级,并确定实际测得的组织功能参数X和组织结构参数Y所处的等级。
可选地,所述人体电生理信号频率功能检测装置还包括与所述数据处理模块连接的输入模块和输出模块,所述输入模块用于输入使用者的相关参数,所述输出模块用于输出组织功能参数X和组织结构参数Y。
可选地,所述输入模块包括键盘和鼠标,所述输出模块为显示器。
可选地,所述人体电生理信号频率功能检测装置还包括外壳,所述检测电极、所述输入模块和所述输出模块位于所述外壳外部,所述信号发生模块和所述数据处理模块位于所述外壳内部。
本发明提供了一种人体电生理信号频率功能检测装置,其包括六个检测电极、信号发生模块和数据处理模块,在上述人体电生理信号频率功能检测装置的使用过程中,使用者可以将六个检测电极分别放置于自身的头部、双手和双脚位置处,构成多个回路,通过信号发生模块向每一个回路中的一个检测电极发送脉冲信号,该回路中的另一个检测电极向数据处理模块反馈信号,数据处理模块根据脉冲信号和反馈信号得到每个回路的生理参数数据(R1,C),并根据生理参数数据(R1,C)得到使用者的每个回路之间区域的组织功能参数X和组织结构参数Y,因此,通过本发明实施例中的人体电生理信号频率功能检测装置能够方便、准确地检测使用者的生理参数,为使用者识别或改善身体亚健康状态提供帮助。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例,都属于本发明保护的范围。
需要说明的是,在不冲突的情况下本发明实施例中的各技术特征均可以相互结合。
本发明实施例提供一种人体电生理信号频率功能检测装置(也可以称之为生理参数检测系统),具体地,如图1所示,图1为本发明实施例提供的人体电生理信号频率功能检测装置的结构示意图,该人体电生理信号频率功能检测装置包括六个检测电极1、信号发生模块2和数据处理模块3,检测电极1、信号发生模块2和数据处理模块3三者均相互连接;
其中,两个检测电极1用于放置在使用者的头部,两个检测电极1用于放置在使用者的双手,两个检测电极1用于放置在使用者的双脚,六个检测电极1之间构成多个回路;
信号发生模块2用于向检测电极1和数据处理模块3产生脉冲信号;
数据处理模块3用于接收脉冲信号和检测电极1的反馈信号,并根据脉冲信号和反馈信号得到每个回路的生理参数数据(R1,C),R1为实测人体电阻值,C为实测人体电容值,并根据生理参数数据(R1,C)得到使用者的每个回路之间区域的组织功能参数X和组织结构参数Y。
需要说明的是,在每个回路中可以包括两个、三个甚至多个检测电极1,本领域技术人员科技根据实际需要进行选择。回路中的直接连接信号发生模块2的一个检测电极1接收脉冲信号,回路中的直接连接数据处理模块3的一个检测电极1向数据处理模块3输出反馈信号。
当然,本发明实施例中的人体电生理信号频率功能检测装置必然还包括电源,以为其中的各个模块、检测电极等进行供电。
在上述人体电生理信号频率功能检测装置的使用过程中,使用者可以将六个检测电极1分别放置于自身的头部、双手和双脚位置处,构成多个回路,通过信号发生模块2向每一个回路中的一个检测电极1发送脉冲信号,该回路中的另一个检测电极1向数据处理模块2反馈信号,数据处理模块2根据脉冲信号和反馈信号得到每个回路的生理参数数据(R1,C),并根据生理参数数据(R1,C)得到使用者的每个回路之间区域的组织功能参数X和组织结构参数Y,因此,通过本发明实施例中的人体电生理信号频率功能检测装置能够方便、准确地检测使用者的生理参数,为使用者识别或改善身体亚健康状态提供帮助,有利于疾病的早期预防,辅助治疗,操作简便,无创无害,且具有测试时间短,精度高,重复性好的优点。
下面本发明实施例举例对以上检测电极1、信号发生模块2和数据处理模块3等进行详细说明。
可选地,本发明实施例中每两个检测电极1之间构成一个回路,且每个回路的正负极可变换,如图2和图3所示,图2为本发明实施例提供的回路的示意图,图3为本发明实施例提供的回路的人体模拟图,六个检测电极共可构成22个回路。也就是说,在每个回路中都包括两个检测电极1,一个检测电极1作为正极或负极,另一个检测电极1作为负极或正极,一个检测电极1接收来自信号发生模块2的脉冲信号,另一个检测电极1向数据处理模块3输出反馈信号。
可选地,如图4所示,图4为本发明实施例提供的脉冲信号和反馈信号的时序图,脉冲信号图4中表示为IN,反馈信号图4中表示为OUT,本发明实施例中信号发生模块2产生的脉冲信号为频率为3Hz±0.3Hz,脉冲宽度为85ms±20ms,振幅为50μA的方波电流。
可选地,本发明实施例中数据处理模块3根据脉冲信号和反馈信号得到每个回路的生理参数数据(R1,C)包括:
确定脉冲信号和反馈信号之间具有如下关系:
其中,H(S)为脉冲信号与反馈信号的幅度差,S为脉冲信号的相位,R2为可调电阻。在拉普拉斯变换和傅里叶变换的对应关系中,S=jω。
如图5所示,图5为本发明实施例提供的检测原理图,脉冲信号图4中表示为IN,反馈信号图4中表示为OUT,上述关系的原理为,人体待检测区域(回路覆盖区域)的皮肤串联进入测量回路,等效为一组并联的电阻R1与电容C,R2具体可以为数据处理模块3内置可调电阻,通过确定人体皮肤的待检测区域的R1和C,进而反映该区域的生理参数。
然后,根据H(S)计算R1值:
再根据反馈信号和脉冲信号之间的相位差ΔS计算C值:
可选地,本发明实施例中根据使用者的年龄、温度、性别对可调电阻R2进行校正,以进一步提高检测结果的准确性,校正公式可以为:
其中,Ta表示环境的实际温度,Ts表示环境的标准温度,如25摄氏度,Aa表示实际年龄,As表示标准年龄,如18岁,KT为温度校正系数,KA为年龄校正系数,KS为性别校正系数。其中,以上各常数可以通过数据模型模拟、实验测试等方式获得,此处不再进行赘述。
可选地,本发明实施例中数据处理模块3根据生理参数数据(R1,C)得到使用者的每个回路之间区域的组织功能参数X和组织结构参数Y包括:
根据以下公式计算组织功能参数X:
根据以下公式计算组织结构参数Y:
其中,C0为标准电容值,C为实测人体电容值,R0为标准电阻值,R1为实测人体电阻值,KX为功能校正系数,KY为结构校正系数。R0,KX和KY等常数也可以通过数据模型模拟、实验测试等方式获得,此处不再进行赘述。
可选地,本发明实施例中数据处理模块3还用于将组织功能参数和组织结构参数分别划分多个等级,并确定实际测得的组织功能参数X和组织结构参数Y对应的等级,以便于使用者更加直观地判断自身的身体状态。具体可以为,将组织功能参数的可能出现的大的数值范围划分为多个等级,每个等级对应一个小的数值范围,不同等级表示不同的组织功能状态,确定实际测得的组织功能参数X的数值位于哪个小的数值范围内,进而确定其所处的等级。类似地,将组织结构参数的可能出现的大的数值范围划分为多个等级,每个等级对应一个小的数值范围,不同等级表示不同的组织结构状态,确定实际测得的组织结构参数Y的数值位于哪个小的数值范围内,进而确定其所处的等级。
可选地,如图1所示,本发明实施例中人体电生理信号频率功能检测装置还包括与数据处理模块3连接的输入模块4和输出模块5,输入模块4用于输入使用者的相关参数,输出模块5用于输出组织功能参数X和组织结构参数Y。其中,使用者的相关参数可以为使用者的性别、年龄、温度等与检测结果有关的参数。输出模块5输出组织功能参数X和组织结构参数Y的方式也可以有多种,如数字、图形、表格、身体构造图等。
上述输入模块4可以包括键盘和鼠标,输出模块5可以包括显示器。输出模块5还可以包括打印装置,如打印机或图片输出机器。
可选地,本发明实施例中的人体电生理信号频率功能检测装置还包括外壳,检测电极1、输入模块4和输出模块5位于外壳外部,信号发生模块3和数据处理模块4位于外壳内部。
本发明实施例中的上述人体电生理信号频率功能检测装置具有以下优点:(1)在短时间内(0.5~5分钟)获得人体不同区域的生理参数;(2)为人体不同区域的功能状态以及总体健康状况提供参考;(3)具有动态分析功能;(4)可进行数据查询、分析与统计;(5)可打印检测报告。
为了本领域技术人员深入理解本发明实施例中的人体电生理信号频率功能检测装置的使用方式和效果,下面本发明实施例对人体电生理信号频率功能检测装置的生物学原理,以及利用此人体电生理信号频率功能检测装置检测生理参数的方法进行详细描述。
人体神经系统的脉冲不仅仅只是生化过程,还伴随有电特性。心电图、脑电图等都与人体的电特性密切相关。任何生物电特性的偏差都必然伴随着温度的变化、血流速度的变化、液体化学成分及生物化学成分的变化。如果就身体表面的过程而言,使用电测量、热成像、光测量、声学等任何方法都可以获得一定的数据,但只有电流可以穿过身体内部的任何区域。
本发明实施例中的人体电生理信号频率功能检测装置把人体当作一个电容器。假如在机体中出现异常进程,那么它必然波及到附近的组织,即出现所谓的紊乱区域。在该区域总是产生更多的生理液体存在于细胞间质中,这些生理液体是电解质及电流的导电环境。人体电生理信号频率功能检测装置可以对这些生理液体的多少进行确定,其中生理液体越多导电性就越高。换言之,人体电生理信号频率功能检测装置可以帮助使用者找到紊乱区域。
异常进程开始的另一个显著特征是这些细胞间质液体的流动性发生变化,它们变得更易流动,也就是说更接近于溶胶态,这有助于机体将营养物质输送到身体末端的毛细血管,而将代谢废物和毒素从异常区域排除,这也实际是人体组织在进行自我补偿的一个过程。人体电生理信号频率功能检测装置可以通过电容参数的变化反映出生理液体这一特性的改变。如果机体自行修复了异常进程,那么一切会返回到初始状态。假如不能修复,器官或生理系统的功能开始下降(即出现生理衰退过程),为从整体上保护机体,调节系统会对存在衰退进程的区域进行阻断或迟缓,反映在人体电生理信号频率功能检测装置上就表现为测量到的导电性偏低。
异常进程开始的另一个特性是在衰退区域内进程发展缓慢,更趋近“凝胶态”,人体电生理信号频率功能检测装置根据电容参数的变化同样能判定这一状况。此外,人体对脉冲电流具有反应特性,当机体组织处于功能缺失或功能亢进偏差状态时,这种反应特性也必然会发生偏转。因此,如果在局部范围内给予人体一个周期的脉冲电流,获取反馈信号后分析其变化趋势,也可进一步从另一角度反映出该范围内机体功能的状态情况。
综合以上分析,应用本发明实施例中的人体电生理信号频率功能检测装置能够方便、准确地检测使用者的生理参数,为使用者识别或改善身体亚健康状态提供帮助。具体地,利用此人体电生理信号频率功能检测装置检测生理参数的方法包括如下步骤:
步骤一、将6个检测电极1分别置于使用者的头部、双手、双脚,每两个检测电极1之间构成一个回路,且每两个检测电极1之间有正负极变换,一共为22个回路,具体如图2和图3所示。
具体地,在所有检测电极均断路的情况下(阻值为+∞):
1.头-头,手-手,足-足的检测电极1间阻值为0(短接)时,9、10、11、12、13、14回路信号阻抗值为100,信号电容值为0;1、3、16、18回路信号阻抗值为10,信号电容值为0;2、4、15、17回路信号阻抗值为10,信号电容值为30;
2.手-手,足-足的检测电极1间阻值为0时(短接)时,11、12、13、14回路信号阻抗值为100,信号电容值为0;1、3、9、10、16、18回路信号阻抗值为10,信号电容值为0;2、4、15、17回路信号阻抗值为10,信号电容值为30;
3.头-头,足-足的检测电极1间阻值为0时(短接)时,9、10、13、14回路信号阻抗值为100,信号电容值为0;2、4、5、7、11、12、15、17、20、22回路信号阻抗值为10,信号电容值为0;1、3、6、8、16、18、19、21回路信号阻抗值为10,信号电容值为30;
4.手-手,头-头的检测电极间阻值为0时(短接)时,9、10、11、12回路信号阻抗值为100,信号电容值为0;6、8、13、14、19、21回路信号阻抗值为10,信号电容值为0;5、7、20、22回路信号阻抗值为10,信号电容值为30;
5.头-头的检测电极1间阻值为0时(短接)时,9、10回路信号阻抗值为100,信号电容值为0;2、4、5、6、7、8、11、12、13、14、15、17、19、20、21、22回路信号阻抗值为10,信号电容值为0;1、3、16、18回路信号阻抗值为10,信号电容值为30;
6.手-手的检测电极1间阻值为0时(短接)时,11、12回路信号阻抗值为100,信号电容值为0;1、3、6、8、9、10、13、14、16、18、19、21回路信号阻抗值为10,信号电容值为0;2、4、5、7、15、17、20、22回路信号阻抗值为10,信号电容值为30;
7.足-足的检测电极间阻值为0时(短接)时,13、14回路信号阻抗值为100,信号电容值为0;1、2、3、4、5、7、9、10、11、12、15、16、17、18、20、22回路信号阻抗值为10,信号电容值为0;6、8、19、21回路信号阻抗值为10,信号电容值为30;
8.无短接时,1-22回路信号阻抗值为10,信号电容值为0。
步骤二、通过信号发生模块2对每个回路的一个检测电极输入脉冲信号。
具体地,如图4所示,该脉冲信号为:频率3Hz±0.3Hz,脉冲宽度为85ms±20ms,振幅为50μA的方波电流。
步骤三、数据处理模块3接收脉冲信号和检测电极的反馈信号,根据脉冲信号和反馈信号得到每个回路的生理参数数据(R1,C)。
若如步骤一所示,检测电极1之间构成22个回路,则此处可分别得到22个回路的生理参数数据(R1,C)。
具体地,如图5所示,人体待检测区域的皮肤串联进入测量回路,等效为一组并联的电阻R1与电容C。
脉冲信号和反馈信号的改变情况之间具有以下关系:
H(S)为脉冲信号和反馈信号的幅度差,S为脉冲信号的相位,R2为数据处理模块3内置可调电阻;
(1)根据幅度差计算R1值:
(2)根据相位差计算C值:
另,数据处理模块内置电阻R2根据使用者年龄、温度、性别不同进行校正,校正公式如下:
其中,Ta表示环境的实际温度,Ts表示环境的标准温度,Aa表示使用者的实际年龄,As表示标准年龄,KT为温度校正系数,KA为年龄校正系数,KS为性别校正系数。
以上所得数据R1和C可以通过图形的方式在输出模块5上输出。例如,以数据色柱的方式进行显示,其中下部色柱可以为电阻值,上部色柱可以为电容值。
步骤四、在数据处理模块3中将步骤三测得的各组生理参数数据(R1,C)进行处理,评估得到使用者的功能状态数据。
具体地,每个回路之间区域的组织功能参数X通过以下公式计算:
每个回路之间区域的组织结构参数Y通过以下公式计算:
其中,C0为标准电容值,C为实测人体电容值,R0为标准电阻值,R1为实测人体电容值,KX为功能校正系数,KY为结构校正系数。
步骤五、将组织功能参数和组织结构参数分别划分多个等级,并确定实际测得的组织功能参数X和组织结构参数Y所处的等级。
具体地,将组织功能参数的可能出现的数值范围(40,100)划分为5个等级,分别为第一等级(80,85)、第二等级(85,90)、第三等级(90,100)、第四等级(70,80)和第五等级(40,70)。第一等级表示该区域的人体组织功能属于生理最佳状态,第二等级表示该区域的人体组织功能属于轻度亢进型功能紊乱,第三等级表示该区域的人体组织功能属于中度亢进型功能紊乱,第四等级表示该区域的人体组织功能属于轻度衰退型功能紊乱,第五等级表示该区域的人体组织功能属于中度衰退型功能紊乱。确定实际测得的组织功能参数X的数值具体位于第一等级~第五等级中的哪个等级,以此评估该区域的人体组织功能。
类似地,将组织结构参数的可能出现的数值范围(0,20)划分为5个等级,分别为第一等级(8,12)、第二等级(12,16)、第三等级(16,20)、第四等级(4,8)和第五等级(0,4)。第一等级表示该区域的人体组织细胞间质属于生理最佳状态,第二等级表示该区域的人体组织细胞间质属于轻度凝胶状态异常,第三等级表示该区域的人体组织细胞间质属于中度凝胶状态异常,第四等级表示该区域的人体组织细胞间质属于轻度溶胶状态异常,第五等级表示该区域的人体组织细胞间质属于中度溶胶状态异常。确定实际测得的组织结构参数Y的数值具体位于第一等级~第五等级中的哪个等级,以此评估该区域的人体结构功能。
步骤六、将以上结果,以图形及数据的形式显示在显示器中。
最后应说明的是:以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。