CN114305380A - 阻抗网络检测装置与方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阻抗网络检测装置与方法。根据本发明的阻抗网络检测装置（100）包括：多个激励源（101），每个激励源的频率和相位中的至少一个不同，用于分别施加在阻抗网络中的各个端点之间以在阻抗网络中产生正交调制信号；信号采集单元（102），用于采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号；解调单元（103），用于从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个；阻抗计算单元（104），用于根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算阻抗网络中的阻抗值。通过实施本发明，可以检测多个电极间组织阻抗组成的阻抗网络中各个等效阻抗和分布阻抗，而且不会干扰周围其他微小信号。

Description

阻抗网络检测装置与方法

技术领域

本发明涉及阻抗检测，更具体地涉及一种阻抗网络检测装置与方法，尤其适用于在医疗应用中检测患者组织的阻抗。

背景技术

在医疗领域有很多应用需要检测患者组织阻抗。例如，高频手术设备能够检测导管电极与中性电极之间、或者导管电极之间的患者阻抗。随着相关技术的发展，导管电极数量增多，以及阻抗法测定电极位置等的需求，需要一种能够检测多个电极间组织阻抗组成的阻抗网络中各个（或特定）等效阻抗和分布阻抗的方法。

现有的单一阻抗检测方法不能实现检测多个阻抗；而分时切换阻抗检测方法虽然能够检测多个阻抗，但切换时存在较大的信号扰动，不能应用在微小信号监测的场合。

发明内容

针对目前单一阻抗检测方法和分时切换阻抗检测方法的不足和缺点，本发明提供一种阻抗网络检测装置与方法，用于检测多个电极间组织阻抗组成的阻抗网络中各个（或特定）等效阻抗和分布阻抗。

根据本发明的第一方面，提供一种阻抗网络检测装置。该装置可以包括：多个激励源，每个激励源的频率和相位中的至少一个不同，用于分别施加在阻抗网络中的各个端点之间以在阻抗网络中产生正交调制信号；信号采集单元，用于采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号；解调单元，用于从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个；阻抗计算单元，用于根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算阻抗网络中的阻抗值。

优选地，在根据本发明第一方面所述的阻抗网络检测装置中，多个激励源中的每个激励源的频率为1kHz到100kHz之间，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。

优选地，在根据本发明第一方面所述的阻抗网络检测装置中，多个激励源的相位组合可以使得阻抗网络中产生的正交调制信号不会出现尖峰。

优选地，在根据本发明第一方面所述的阻抗网络检测装置中，信号采集单元可以包括信号调理电路，用于从阻抗网络中的各个端点之间测量得到多个正交调制信号。进一步地，信号采集单元还可以包括数字化单元，用于对所述正交调制信号进行数字化。

优选地，在根据本发明第一方面所述的阻抗网络检测装置中，解调单元可以采用正交解调算法或快速傅里叶变换算法，从所述正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。

优选地，在根据本发明第一方面所述的阻抗网络检测装置中，阻抗计算单元可以包括等效阻抗计算单元，用于根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算相对应的各个激励源所施加的阻抗网络中的各个具体端点之间的等效阻抗值。

优选地，等效阻抗计算单元可以按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算等效阻抗值。另一方面，等效阻抗计算单元可以利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

进一步地，阻抗计算单元还可以包括分布阻抗计算单元，用于利用计算出的等效阻抗值，按照基尔霍夫定律建立方程组，计算对应具体端点之间的分布阻抗值。

优选地，在根据本发明第一方面所述的阻抗网络检测装置中，阻抗网络包括医疗患者的组织阻抗所构成的阻抗网络。端点可以包括电极，或者连接到电极。例如，优选地，电极可以包括导管电极和中性电极。由此，多个激励源中的每一个激励源可以分别施加在每对导管电极之间以及每个导管电极与中性电极之间。

根据本发明的第二方面，提供一种阻抗网络检测方法，包括：将多个激励源中的每个激励源分别施加在阻抗网络中的各个端点之间以在阻抗网络中产生正交调制信号，其中，每个激励源的频率和相位中的至少一个不同；采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号；从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个；根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算阻抗网络中的阻抗值。

优选地，在根据本发明第二方面所述的阻抗网络检测方法中，多个激励源中的每个激励源的频率为1kHz到100kHz之间，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。

优选地，在根据本发明第二方面所述的阻抗网络检测方法中，多个激励源的相位组合可以使得阻抗网络中产生的正交调制信号不会出现尖峰。

优选地，在根据本发明第二方面所述的阻抗网络检测方法中，采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号可以进一步包括：使用信号调理电路从阻抗网络中的各个端点之间测量得到多个正交调制信号。进一步地，采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号还可以包括：对所述正交调制信号进行数字化。

优选地，在根据本发明第二方面所述的阻抗网络检测方法中，从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个可以进一步包括：采用正交解调算法或快速傅里叶变换算法，从所述正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。

优选地，在根据本发明第二方面所述的阻抗网络检测方法中，计算阻抗网络中的阻抗值可以进一步包括：根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算相对应的各个激励源所施加的阻抗网络中的各个具体端点之间的等效阻抗值。

优选地，可以按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算等效阻抗值。另一方面，可以利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

进一步地，计算阻抗网络中的阻抗值还可以包括：利用计算出的等效阻抗值，按照基尔霍夫定律建立方程组，计算对应具体端点之间的分布阻抗值。

优选地，在根据本发明第二方面所述的阻抗网络检测方法中，阻抗网络包括医疗患者的组织阻抗所构成的阻抗网络。端点可以包括电极，或者连接到电极。电极可以包括导管电极和中性电极。由此，多个激励源中的每一个激励源可以分别施加在每对导管电极之间以及每个导管电极与中性电极之间。

根据本发明的第三方面，提供一种计算机可读介质，其上存储有可由处理器执行的指令，所述指令在被处理器执行时，使得处理器执行如本发明第二方面所述的阻抗网络检测方法。

通过实施本发明的阻抗网络检测装置与方法，可以有效地检测多个阻抗，例如多个电极间组织阻抗组成的阻抗网络中各个（或特定）等效阻抗和分布阻抗。而且，通过实施本发明，可以达到同时检测多个组织阻抗，而且不干扰周围其他微小信号的有益效果。

附图说明

通过以下详细的描述并结合附图将更充分地理解本发明，其中相似的元件以相似的方式编号，其中：

图1是根据本发明实施例的阻抗网络检测装置的示意框图。

图2是五端点阻抗网络的示意图。

图3A是根据本发明实施例的一种单极激励源电路的原理简图。

图3B是根据本发明实施例的一种双极激励源电路的原理简图。

图4A图示说明了形成尖峰的相位组合的调制信号波形图。

图4B图示说明了避免尖峰的相位组合的调制信号波形图。

图5是根据本发明实施例的信号调理电路的原理简图。

图6是图示说明根据本发明实施例的阻抗网络检测方法的流程图。

图7是根据本发明实施例的阻抗网络各端点测得的阻抗波形图。

具体实施方式

下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步详细的说明，但本发明不限于下面的实施例。

图1是根据本发明实施例的阻抗网络检测装置的示意框图。

如图1中所示，在根据本发明实施例的一种阻抗网络检测装置100中，可以设置多个激励源101-1、101-2、…、101-n，以上多个激励源可以统一用标号101来表示。这里n为激励源的个数，是大于1的自然数。一般情况下，n至少为3。根据本发明的实施例，多个激励源101中的每个激励源101-1、101-2、…、101-n的各自的频率和相位中的至少一个不同。也就是说，每个激励源101-1、101-2、…、101-n的频率各不相同，或者每个激励源101-1、101-2、…、101-n的相位各不相同，或者每个激励源101-1、101-2、…、101-n的频率和相位都各不相同。这些激励源中的每一个激励源可以分别施加在阻抗网络中的各个端点之间。在本发明的一个优选实施例中，多个激励源同时施加在阻抗网络中的各个端点之间。更具体地说，将激励源施加到各个端点之间，是指将每个激励源施加到相应的一对端点之间。

本领域技术人员应该理解，这里将激励源定义为多个激励源，是指每个激励源的频率和/或相位各不相同，由此使得激励信号形成了区分。在实践中，多个激励源可以是分别实现的多个独立的激励源。在另一种情况下，多个激励源也可以这样形成：共享一个或少数几个基本激励模块，根据频率和/或相位的不同要求而分别生成多个激励信号分支，每个激励信号分支施加于阻抗网络的各个端点之间。不管多个激励源是分别独立实现，还是共享一个或少数几个基本模块产生的不同分支，各个激励源之间进行区分的主要特征就是频率和/或相位。

在本发明的一个优选实施例中，激励源可以是电流激励源，每个激励源以与其他激励源不同的频率和/或相位输出电流，施加到相应的一对端点之间。可替换地，激励源也可以是电压激励源。

本文中所称的激励源或激励电路，也可以被称为驱动源或驱动电路。相应地，激励源所产生的激励信号也可以被称为驱动信号。

根据本发明的优选实施例，多个激励源中的每个激励源的频率为1kHz到100kHz之间，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。由于本发明可以用于生物组织阻抗网络的检测，所以激励源的频率通常选取为100kHz以下。此外，考虑到电流安全性问题，需要设定电流阈值，而频率越高，电流阈值就可以设定得越高，从而更容易符合安全性标准；另一方面，频率太低也会造成电路分辨能力下降。因此根据相关国家标准，将激励源的频率通常设定为1kHz以上。而对于各个激励源的频率间隔，该间隔太小会造成对电路分辨能力的要求提高；频率间隔太大，则造成检测信号采集时间变短，对实时处理的要求提高，造成带宽不必要得宽。此外，还需要考虑该间隔需要与阻抗网络中的阻抗变化相适应。因此，考虑到上述多种因素，优选将各个激励源之间的频率间隔设定为10Hz到500Hz之间。

图1中还示出了阻抗网络的模块。本发明中的术语“阻抗网络”是指由多个阻抗形成的网络。根据阻抗个数的不同以及分布的形式，可以在阻抗网络中形成不同数目和分布的端点。

另外需要说明的是，本发明所要检测的阻抗网络中的阻抗值，是指阻抗网络中各个端点之间的阻抗值，即每一对端点之间的通路的阻抗值。然而，由于本发明中涉及到的是一个阻抗网络，在检测某一对端点之间的通路的阻抗时，不得不考虑阻抗网络中其他通路对所测通路所产生的影响。下面将结合图2来进行说明。

图2是一种五端点阻抗网络的示意图。

如图2中所示，所示意的五端点阻抗网络具有d1、d2、d3、d4和接地（也称为GND）5个端点。每两个端点之间的等效阻抗是指从这两个端点测得的阻抗网络的综合阻抗，是图中Z1、Z2、…、Z8阻抗的串并联组合，可以用Zd1d2、Zd2d3、…、Zd4d1和Zd1gnd、Zd2gnd…Zd4gnd表示。而每两个端点之间的分布阻抗是指不考虑其他端点通路的仅两端点之间阻抗，即图中的Z1、Z2、…、Z8。

根据本发明的一个优选实施例，阻抗网络可以包括医疗患者的组织阻抗所构成的阻抗网络。在这种的阻抗网络中，每个端点与电极相连，实际上表示电极。也可以说，在这样的阻抗网络中，端点即是电极或包括电极。电极包括导管电极和中性电极。本领域技术人员应该认识到，多个激励源101中的每一个激励源101-1、101-2、…、101-n分别施加在每对导管电极之间以及每个导管电极与中性电极之间。

通常应用中，电极的数量往往有几十上百个，导管电极与各个端点d1、d2、d3、d4、…、dn（图2的五端点阻抗网络只包括且示出了d1、d2、d3、d4）相连，中性电极接地。这些电极，可能位于患者体内，可能位于患者体表，也可能部分电极位于体内、部分电极位于体表。不同的应用中，可能只关注等效阻抗，可能只关注分布阻抗，也可能等效阻抗、分布阻抗都需要测得。

本领域技术人员应该认识到，本发明所述的阻抗网络不限于图2所示的阻抗网络的具体结构、端点数量或阻抗个数。图2仅仅是作为示例而给出的，并不想被用作对本申请所述的“阻抗网络”或其他概念的限制。

此外，尽管图2中将端点具体化为电极，更具体化为导管电极和中性电极，但是本领域技术人员应该理解，在实践应用中，端点还有可能包括参考电极，或者还包括根本不是电极的情况。

本发明所称的“导管电极”，一般是指位于介入到生物体内的导管上的电极，可以包括治疗电极，也可以包括一般的测量电极。“中性电极”，一般是指治疗设备中位于或贴于体表等位置的电极，可以接地，也可以具有一个相对固定的非零电势值。“参考电极”，一般相对于导管电极、治疗电极或待测电极而言的，一般贴于体表，起到测量辅助的用途。

在本发明的一个优选实施例中，将阻抗网络、端点具体化为生物组织阻抗以及导管电极和中性电极，但本领域技术人员应该理解，这并非对本发明的阻抗网络以及端点进行限定，而只是用于示例说明。

图3A和图3B是本发明的激励源的原理简图。

具体地说，图3A是根据本发明实施例的一种单极激励源电路的原理简图。如图3A所示的单极激励源电路通常应用于导管电极和中性电极之间。电容C31a、电阻R31a组成高通滤波电路，将直接数字频率合成器（DDS）产生的单一特定频率和相位的信号去除直流成分；信号经功放U31a射随电路驱动后，经过电阻R32a限流，施加到被测的导管电极上。另一方面，中性电极则接地。这样，该激励源与导管电极和中性电极之间的组织阻抗一起形成信号回路。

具体地说，图3B是根据本发明实施例的一种双极激励源电路的原理简图。如图3B所示的双极激励源电路通常应用于导管电极之间。电容C31b、电阻R31b组成高通滤波电路，将DDS产生的单一特定频率和相位的信号去除直流成分；功放U31b形成射随电路，功放U32b与电阻R32b构成反相放大电路，信号经功放U31b射随电路和功放U32b反相电路驱动后，经过电阻R33b、R34b限流，分别施加到两个被测的导管电极上。这样，该激励源与导管电极之间的组织阻抗一起形成信号回路。

本领域技术人员应该认识到，本发明所述的激励源或激励电路不限于图3A和图3B所示的原理简图的具体电路结构与电路元件构成。图3A和图3B仅仅是作为示例而给出的，并不想被用作对本申请所述的“激励源”或其他概念的限制。

在本发明的一个优选实施例中，所有激励源同时连续工作，在导管电极和中性电极之间以及导管电极之间的组织阻抗中产生多频率和/或多相位的正交调制信号。

本领域技术人员应该认识到，这里所说的术语“正交”，在频率上，可以指间隔合适的频率，从而可以通过技术手段区分不同的频率。例如，如前文所述，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。在相位上，“正交”通常则意味着相差为90度以及90度的倍数。例如，正交相位可以是0度、90度、180度、270度。

这里所说的术语“调制”，也可以理解为信号的叠加。根据本发明的实施例，调制信号指的是在受到多频率和/或多相位的多个激励源的激励后，在阻抗网络中所产生的的多频率和/或多相位的叠加信号。

图4A和4B用于图示说明本发明的不同相位组合的调制信号波形的峰谷对比图。

具体地说，图4A图示说明了形成尖峰的相位组合的调制信号波形图。如图3A所示，当多频率信号相位一致时，或者即使相位不同但大多数情况下，叠加的信号（即调制的信号）会出现周期性的一个或多个尖峰，这对激励源的功率裕度和检测电路的检测范围都有不利的影响。

而合适的相位组合，可以避免尖峰的出现。

图4B图示说明了避免尖峰的相位组合的调制信号波形图。如图4B所示，相位间隔90度能较好地避免尖峰。例如，部分频率信号相位0度、部分频率信号相位90度，或者部分频率信号相位分别为0度、90度、180度、270度。

除了90度的相差之外，也可以考虑其他的相差，或者随机相差，只要能使得叠加的调制信号避免尖峰的出现即可。

这样，通过使得多个激励源101采用不同的相位组合，使阻抗网络中的叠加（调制）信号不出现较大的电流尖峰和电压尖峰，相位间隔可以是90度或其他度数，甚至随机相差。

因此，在本发明的优选实施例中，根据本发明的阻抗检测装置的一个重要特征在于，多个激励源的相位组合使得阻抗网络中产生的正交调制信号不会出现尖峰。

回到图1，在向阻抗网络中施加了多个激励源之后，如上所述，在阻抗网络中产生了正交调制信号。如图1中所示，本发明的阻抗检测装置100包括信号采集单元102，用于采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号。在医疗患者的组织阻抗网络的优选实施例中，信号采集单元102采集各个电极之间的正交调制信号。例如，信号采集单元102可以采集导管电极和中性电极之间以及导管电极之间的正交调制信号。本领域技术人员应该认识到，采集到的正交调制信号是多频率和/或多相位叠加的信号。

在本发明的一个优选实施例中，信号采集单元102可以包括信号调理电路102a，用于从阻抗网络中的各个端点之间测量得到多个正交调制信号。尽管图1中将信号调理电路示为一个模块单元，但本领域技术人员应该理解，信号调理电路102a可以是一个电路，用来在各个端点之间切换进行测量，也可以是多个电路，分别连接到各个端点之间进行同时测量。

图5是根据本发明实施例的信号调理电路的原理简图。如图5中所示，电容C51起到隔直作用。电感L51、电容C52构成一个谐振电路，与电阻R51共同起到带通滤波的作用。电感L52、电容C53构成另一个谐振电路，与电阻R52共同起到带通滤波的作用。信号调理电路的作用是滤除激励源信号频率以外的其他干扰信号。本领域技术人员应该理解，尽管图5中仅示出了两组谐振电路，但实践中，谐振电路的组数也可以是其他数量，从而使得信号调理电路依据需要起到滤除部分频率且保留部分频率的作用。

本领域技术人员应该认识到，本发明所述的信号采集单元或信号调理电路不限于图5所示的原理简图的具体电路结构与电路元件构成。图5仅仅是作为示例而给出的，并不想被用作对本申请所述的“信号采集单元”、“信号调理电路”或其他概念的限制。

根据本发明的一个优选实施例，信号采集单元102可以进一步包括数字化单元102b，用于对所述正交调制信号进行数字化。数字化单元例如可以是A/D转换器。在图1中，用信号调理电路102a之后的A/D来表示数字化单元102b。尽管图1中将数字化单元102b电路示为一个模块单元，但本领域技术人员应该理解，数字化电路102b可以是一个电路，用来在各个端点间测得的信号之间切换进行数字化处理，也可以是多个A/D转换电路，分别连接到各个端点之间进行同时数字化处理。

如图1中所示，本发明的阻抗检测装置100包括解调单元103，用于从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。根据本发明的优选实施例，解调单元103可以采用正交解调算法或快速傅里叶变换算法，从所述正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。在图1中，使用FFT（快速傅里叶变换）来表示用于对每个采集的正交调制信号进行解调。本领域技术人员应该认识到，这里也可以使用其他解调算法来对本发明的正交调制信号解调，只要能够从正交调制信号中区分并提取出各个正交信号。在使用FFT的例子中，例如，正交信号可以是频率正交信号，因此使用FFT可以对每个采集的频率正交调制信号进行解调，以得到各个频率信号，具体地，得到各个频率信号的幅度和相位中的至少一个。在实践中，解调单元103可以使用数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）来实现。

如图1中所示，本发明的阻抗检测装置100包括阻抗计算单元104，用于根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算阻抗网络中的阻抗值。

如前文所述，在本发明中，在阻抗网络中的所谓阻抗可以分为等效阻抗和分布阻抗两种概念。因此，根据本发明的阻抗计算单元104可以包括等效阻抗计算单元104a。等效阻抗计算单元104a可以采用数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）来实现。当用DSP、ASIC或FPGA来实现时，等效阻抗计算单元104a可以使用一个计算单元（PE），根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，依次计算相对应的各个激励源101-1、101-2、…、101-n所施加的阻抗网络中的每一对具体端点之间的等效阻抗值。另一方面，等效阻抗计算单元104也可以充分地利用DSP、ASIC或FPGA的并行计算性能，使用多个计算单元（PEs），根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，并行地计算相对应的各个激励源101-1、101-2、…、101-n所施加的阻抗网络中的各个具体端点之间的等效阻抗值。在此情况下，并行的计算单元（PEs）的数目可以与激励源或待测端点对的数目相同。并行的计算单元（PEs）的数目也可以少于激励源或待测端点对的数目，从而在先计算完一部分端点对之间的等效阻抗之后，再通过一次或多次并行计算，完成剩余端点对之间的等效阻抗的计算。

例如，在激励源为电流激励源，通过信号调理电路检测到的正交调制信号为电压信号的情况下，在对各个正交进行解调区分之后，考虑相应的激励源所施加的电流信号，就可以简单地计算出所需端点之间的等效阻抗值。反之，在激励源为电压激励源，检测信号为电流信号的情况下，也可以类似地计算出所需端点之间的等效阻抗值。

在一个优选实施例中，等效阻抗计算单元104a按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算等效阻抗值。

另一方面，等效阻抗计算单元104a利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

据本发明的一个优选实施例，阻抗计算单元104进一步包括分布阻抗计算单元104b，用于利用计算出的等效阻抗值，按照基尔霍夫定律建立方程组，计算对应具体端点之间的分布阻抗值。分布阻抗计算单元104b也可以采用数字信号处理器（DSP）、专用集成电路（ASIC）或现场可编程门阵列（FPGA）来实现。

如上所述，由于解调单元和阻抗计算单元（可以包括等效阻抗计算单元和分布阻抗计算单元）都可以采用DSP、ASIC或FPGA来实现，所以在实现时，可以采用相同的DSP、ASIC或FPGA芯片产品来实现解调单元和阻抗计算单元的功能。另外，除了解调单元和阻抗计算单元以外的例如激励源、信号采集单元等单元模块以及用于存储阻抗网络参数或频率、相位参数等的通用或专用存储器，尽管不需要具备复杂的计算功能或也可以用其他的简单处理器或存储器来实现，但也可以实现在与解调单元和阻抗计算单元相同的芯片产品中，例如作为配套的外围电路或专门的配套模块。

图6是图示说明根据本发明实施例的阻抗网络检测方法的流程图。

本领域技术人员应该理解，图6的阻抗网络检测方法600的各个步骤完全对应于如图1所示的阻抗网络检测装置中各个模块单元所执行的操作。

图6的阻抗网络检测方法600开始于步骤S610，在此步骤，将多个激励源中的每个激励源分别施加在阻抗网络中的各个端点之间以在阻抗网络中产生正交调制信号。

参考针对图1的说明可知，多个激励源中的每个激励源的频率和相位中的至少一个不同。也就是说，各个激励源之间，可能存在三种情况：1、频率相同、相位不同；2、频率不同、相位相同；3、频率不同、相位不同。

在优选实施例中，多个激励源中的每个激励源的频率为1kHz到100kHz之间，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。

另外，在本发明的一个优选实施例中，多个激励源的相位组合使得阻抗网络中产生的正交调制信号不会出现尖峰。

本发明可以适用于各种阻抗网络，尤其适用于医疗患者的组织阻抗所构成的阻抗网络。在此情况下，上文所述的阻抗网络中的端点就是电极或者包括电极。例如，电极可以包括导管电极和中性电极。多个激励源中的每一个激励源可以分别施加在每对导管电极之间以及每个导管电极与中性电极之间。

接下来，在步骤S620，采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号。在本发明的优选实施例中，可以使用多个信号调理电路从阻抗网络中的各个端点之间测量得到多个正交调制信号。另外，还可以对采集测量到的正交调制信号进行数字化。

然后，在步骤S630，从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。例如，在本发明的一个优选实施例中，可以采用正交解调算法，从正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。在本发明的另一个优选实施例中，可以采用快速傅里叶变换算法，从正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。

最后，在步骤S640，根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算阻抗网络中的阻抗值。前文已经说明过，这里需要注意的是，阻抗可以是等效阻抗，也可以是分布阻抗。在不同应用中，可能需要得到不同类型的阻抗值。

因此，对于需要得到等效阻抗的应用，即考虑整个阻抗网络对两端点之间的阻抗的影响的情况下，可以根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，直接计算得到相对应的各个激励源所施加的阻抗网络中的各个具体端点之间的等效阻抗值。

在此情况下，可以按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算得到等效阻抗值。另一方面，可以利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

另外，对于需要得到分布阻抗的应用，即不考虑阻抗网络中的其他通路的影响而只考虑两端点之间的理论阻抗的情况下，可以利用已经计算出的等效阻抗值，按照基尔霍夫定律建立方程组，计算对应具体端点之间的分布阻抗值。

此外，本领域普通技术人员应该认识到，本公开的方法可以实现为计算机程序。如上结合附图所述，通过一个或多个程序执行上述实施例的方法，包括指令来使得计算机或处理器执行结合附图所述的算法。这些程序可以使用各种类型的非瞬时计算机可读介质存储并提供给计算机或处理器。非瞬时计算机可读介质包括各种类型的有形存贮介质。非瞬时计算机可读介质的示例包括磁性记录介质（诸如软盘、磁带和硬盘驱动器）、磁光记录介质（诸如磁光盘）、CD-ROM（紧凑盘只读存储器）、CD-R、CD-R/W以及半导体存储器（诸如ROM、PROM（可编程ROM）、EPROM（可擦写PROM）、闪存ROM和RAM（随机存取存储器））。进一步，这些程序可以通过使用各种类型的瞬时计算机可读介质而提供给计算机。瞬时计算机可读介质的示例包括电信号、光信号和电磁波。瞬时计算机可读介质可以用于通过诸如电线和光纤的有线通信路径或无线通信路径提供程序给计算机。

例如，根据本公开的一个实施例，可以提供一种计算机可读介质，其上存储有可由处理器执行的指令，所述指令在被处理器执行时，使得处理器执行如前所述的阻抗网络检测方法。

因此，根据本发明公开的内容，还可以提议一种计算机程序或计算机程序产品，当所述计算机程序被执行时，可实现如前所述的阻抗网络检测方法。

另外，本发明还涉及一种用于阻抗网络检测的计算装置或计算系统，包括处理器和存储器，所述存储器中存储有计算机程序，当所述计算机程序由所述处理器执行时，可实现如前所述的阻抗网络检测方法。

下面以图2的五端点阻抗网络为例，具体地说明本发明的阻抗网络检测过程。

首先，可以选取多个激励源，分别施加于四个电极d1、d2、d3、d4与中性电极之间以及电极d1、d2、d3、d4之间。如图2中所示，如果需要检测Z1到Z8这八个阻抗的阻抗值，则一共向阻抗网络中施加了8个激励源，分别是：施加于四个电极d1、d2、d3、d4与中性电极之间的4个激励源S(d1)、S(d2)、S(d3)、S(d4)，以及施加于电极d1、d2、d3、d4之间，具体地，施加于电极d1和d2之间、d2和d3之间、d3和d4之间、d4和d1之间的4个激励源S(d1,d2)、S(d2,d3)、S(d3,d4)、S(d4,d1)。例如，施加于四个电极d1、d2、d3、d4与中性电极之间的4个激励源S(d1)、S(d2)、S(d3)、S(d4)可以采用如图3A所示的激励源电路，而施加于电极d1和d2之间、d2和d3之间、d3和d4之间、d4和d1之间的4个激励源S(d1,d2)、S(d2,d3)、S(d3,d4)、S(d4,d1)可以采用如图3B所示的激励源电路。

如前所述，8个激励源中的每个激励源的频率和相位中的至少一个不同。例如，这8个激励源的频率各不相同，相位之间相差90度或90度的倍数。优选地，每个激励源的频率为1kHz到100kHz之间，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。

经过激励源的输入，在图2的阻抗网络中已经形成了多种频率、相位叠加在一起的正交调制信号。在这个例子中，正交调制信号可以是频率正交的调制（叠加）信号。需要注意的是，这8个激励源的相位组合使得阻抗网络中产生的正交调制信号不会出现尖峰。

接下来，分别从四个电极d1、d2、d3、d4与中性电极之间以及电极d1和d2之间、d2和d3之间、d3和d4之间、d4和d1之间采集正交调制信号，得到8个正交调制信号。具体地说，采用如图5所示的一个或多个信号调理电路从阻抗网络中的各个端点之间测量得到多个正交调制信号。然后，对采集测量到的正交调制信号进行数字化处理。

接着就是对正交调制信号的解调过程。例如，这里可以采用FFT算法，从正交频率调制信号中解算出各个频率信号的幅度和相位。

在求解阻抗的过程中，各个频率信号对应于各个激励源，也就对应于相应的电极阻抗。例如S(d1)对应于1kHz到100kHz之间的某一个频率，施加于电极d1与中性电极之间。通过对采集到的正交信号进行解调，可以得到该频率的信号的幅度和相位，根据这个频率信号的幅度和相位，可以直接计算得到电极d1与中性电极之间的等效阻抗值。具体地说，可以按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算得到等效阻抗值。另一方面，可以利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

同样地，S(d1,d2)对应于1kHz到100kHz之间的另一个频率，该频率与上文提到的S(d1)以及其他激励源的频率都不相同，且间隔为10Hz到500Hz之间。S(d1,d2)施加于电极d1和d2之间。通过对采集到的正交信号进行解调，可以得到该频率的信号的幅度和相位，根据这个频率信号的幅度和相位，可以直接计算得到电极d1与电极d2之间的等效阻抗值。具体地说，可以按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算得到等效阻抗值。另一方面，可以利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

然后，如果需要得到分布阻抗，则在得到了四个电极d1、d2、d3、d4与中性电极之间以及电极d1和d2之间、d2和d3之间、d3和d4之间、d4和d1之间的等效阻抗之后，可以利用这些已经计算出的等效阻抗值，按照基尔霍夫定律建立方程组，计算对应具体端点之间的分布阻抗值。

图7是根据本发明实施例的阻抗网络各端点测得的阻抗波形图。图6中给出了四个电极d1、d2、d3、d4与中性电极之间的阻抗波形V(d1)、V(d2)、V(d3)、V(d4)，以及电极d1、d2、d3、d4之间的阻抗波形V(d1,d2)、V(d2,d3)、V(d3,d4)、V(d4,d1)。本领域技术人员应该理解，这里的阻抗波形图实际上表示的是测量得到的电压随时间变化的值。实践中，当然也可以测量电流随时间变化的值。更具体地说，该波形图是通过信号调理电路测量得到的已经滤除了激励源频率以外频率的信号波形。根据本发明的原理，接下来可以对测量得到的信号进行数字化（A/D），然而通过解调得到各个频率的信号，最后计算得出等效阻抗与分布阻抗。

本发明的实施方式并不限于上述实施例所述，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，本领域普通技术人员可以在形式和细节上对本发明做出各种改变和改进，而这些均被认为落入了本发明的保护范围。

Claims (29)

1.一种阻抗网络检测装置，包括：

多个激励源，每个激励源的频率和相位中的至少一个不同，用于分别施加在阻抗网络中的各个端点之间以在阻抗网络中产生正交调制信号；

信号采集单元，用于采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号；

解调单元，用于从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个；

阻抗计算单元，用于根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算阻抗网络中的阻抗值。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个激励源中的每个激励源的频率为1kHz到100kHz之间，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述多个激励源的相位组合使得阻抗网络中产生的正交调制信号不会出现尖峰。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述信号采集单元包括信号调理电路，用于从阻抗网络中的各个端点之间测量得到多个正交调制信号。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述信号采集单元进一步包括数字化单元，用于对所述正交调制信号进行数字化。

6.如权利要求1所述的装置，其中，所述解调单元采用正交解调算法或快速傅里叶变换算法，从所述正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述阻抗计算单元包括等效阻抗计算单元，用于根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算相对应的各个激励源所施加的阻抗网络中的各个具体端点之间的等效阻抗值。

8.如权利要求7所述的装置，其中，所述等效阻抗计算单元按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算等效阻抗值。

9.如权利要求8所述的装置，其中，所述等效阻抗计算单元利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

10.如权利要求7所述的装置，其中，所述阻抗计算单元进一步包括分布阻抗计算单元，用于利用计算出的等效阻抗值，按照基尔霍夫定律建立方程组，计算对应具体端点之间的分布阻抗值。

11.如权利要求1所述的装置，其中，所述阻抗网络包括医疗患者的组织阻抗所构成的阻抗网络。

12.如权利要求11所述的装置，其中，所述端点包括电极。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述电极包括导管电极和中性电极。

14.如权利要求13所述的装置，其中，所述多个激励源中的每一个激励源分别施加在每对导管电极之间以及每个导管电极与中性电极之间。

15.一种阻抗网络检测方法，包括：

将多个激励源中的每个激励源分别施加在阻抗网络中的各个端点之间以在阻抗网络中产生正交调制信号，其中，每个激励源的频率和相位中的至少一个不同；

采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号；

从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个；

根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算阻抗网络中的阻抗值。

16.如权利要求15所述的方法，其中，所述多个激励源中的每个激励源的频率为1kHz到100kHz之间，各个激励源之间的频率间隔为10Hz到500Hz之间。

17.如权利要求15所述的方法，其中，所述多个激励源的相位组合使得阻抗网络中产生的正交调制信号不会出现尖峰。

18.如权利要求15所述的方法，其中，所述的采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号进一步包括：使用信号调理电路从阻抗网络中的各个端点之间测量得到多个正交调制信号。

19.如权利要求18所述的方法，其中，所述的采集阻抗网络中各个端点之间的正交调制信号进一步包括：对所述正交调制信号进行数字化。

20.如权利要求15所述的方法，其中，所述的从采集的正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个进一步包括：采用正交解调算法或快速傅里叶变换算法，从所述正交调制信号中解算出各个正交信号的幅度和相位中的至少一个。

21.如权利要求15所述的方法，其中，所述的计算阻抗网络中的阻抗值进一步包括：根据各个正交信号的幅度和相位中的至少一个，计算相对应的各个激励源所施加的阻抗网络中的各个具体端点之间的等效阻抗值。

22.如权利要求21所述的方法，其中，所述的计算阻抗网络中的阻抗值进一步包括：按照幅度阻抗对照表或幅度阻抗曲线的方法来计算等效阻抗值。

23.如权利要求22所述的方法，其中，所述的计算阻抗网络中的阻抗值进一步包括：利用测得的相位和激励源相位的相位差来计算等效阻抗的感性或容性分量。

24.如权利要求21所述的方法，其中，所述的计算阻抗网络中的阻抗值进一步包括：利用计算出的等效阻抗值，按照基尔霍夫定律建立方程组，计算对应具体端点之间的分布阻抗值。

25.如权利要求15所述的方法，其中，所述阻抗网络包括医疗患者的组织阻抗所构成的阻抗网络。

26.如权利要求25所述的方法，其中，所述端点包括电极。

27.如权利要求26所述的方法，其中，所述电极包括导管电极和中性电极。

28.如权利要求27所述的方法，其中，所述多个激励源中的每一个激励源分别施加在每对导管电极之间以及每个导管电极与中性电极之间。

29.一种计算机可读介质，其上存储有可由处理器执行的指令，所述指令在被处理器执行时，使得处理器执行如权利要求15所述的阻抗网络检测方法。

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